原理样机性能试验探究

9.4.3.1　准纯水与模拟海水中性能测试试验

在完成原理样机密封试验与空气试验后，分别在准纯水和模拟海水环境中开展原理样机性能测试试验，试验在试验水道中进行。

分别在水道中注入纯水和模拟海水，完成上述试验，试验过程如图9.28所示。

图9.28　原理样机水下试验

模拟纯水时，调节激光器工作电流为4.3 A，出射激光束的单脉冲能量为120 μJ，即可探测到目标，三次试验的结果分别为140°、142°、139°，测角误差±3°。模拟海水时，需调节激光器工作电流为4.7 A，出射激光束的单脉冲能量为430 μJ，样机可探测到目标，三次试验的结果分别为135°、132°、129°，测角误差±6°。模拟海水与纯水所测得的目标角度不同主要在于两次试验样机放置位置存在偏差。

试验表明，样机能够在水下正常工作探测到目标，并成功识别目标的方位角信息，其探测能力与水质密切相关，但在混浊的模拟海水中通过提高发射激光能量可实现目标的探测和角度识别。测量结果存在小范围的偏差，且水质混浊后偏差会增大，其中也存在测试过程中人为因素导致的样机位置的偏移误差。

原理样机试验验证了样机在水下能够完成目标角度识别，为蓝绿激光水下探测、单光束扫描周向探测方案提供了支撑。

9.4.3.2　开阔自然水域试验

为验证样机在开阔自然水域中的探测性能，分别在二类水体环境和四类水体环境中开展测试试验。

（1）二类水体环境试验

试验于某二类水体水域进行。试验方案如下：

如图9.29所示，试验中原理样机和靶板分别位于样机搭载船和目标搭载船上，通过调节两船之间的距离，改变样机与靶板的间距。样机和靶板均浸入水下，控制样机与靶板入水深度一致。样机在水中周向探测，测试样机能否探测到一定距离外的靶板并检测其方位角。

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图9.29　开阔自然水域试验方案

根据试验测试结果，样机在湖心的最大探测距离为6m，在湖岸的最大探测距离为5m，能够检测出目标的方位角信息。湖心试验中接收电路的输出波形如图9.30所示。

图9.30（a）所示为水体后向散射的波形，峰值电压为3.7V，在二类水体中对蓝绿光的吸收作用较为微弱，影响激光探测距离的主要因素来自水体的后向散射噪声；图9.30（b）所示为样机探测到4m处的靶板回波，峰值电压为4.32V；图9.30（c）所示为样机探测到4m处的靶板回波，峰值电压为3.76V，此时回波强度已接近后向散射光强度，信噪比接近临界点，进一步增加样机与靶板的距离后，目标回波淹没于后向散射光信号中，无法被分辨。

在试验中，当探测到目标时，配套控制子系统LCD上均显示出目标方位角，表明样机能够正常完成目标的方位角检测，但由于湖上试验风浪较大，无法固定样机与靶板的相对位置，试验可重复性差，无法对目标方位角判别精度进行检测。

图9.30　二类水体环境中样机测试数据

（a）后向散射峰值电压3.7V；（b）4m目标回波峰值电压4.32V；（c）6m目标回波峰值电压3.76V

（2）四类水体环境试验

试验于某四类水体水域进行，试验方案与试验步骤与二类水体环境相同。试验结果表明，在四类水环境中，样机最大探测距离为1.5m，能够判别出目标方位角，试验中接收电路的输出波形如图9.31所示。

图9.31　四类水体环境中样机测试数据

（a）后向散射峰值电压2.86V；（b）1.5m目标回波峰值电压2.90V

由图9.31可知，当样机与靶板相距1.5m时，信噪比已到达临界位置，样机无法探测到更远的目标。对比图9.30（a）和图9.31（a）可知，由水体成分造成的后向散射光能量明显减弱，这是由于四类水体腐殖质浓度很大，黄色物质浓度很大，而黄色物质在蓝绿波段吸收急剧增加，因此四类水对蓝绿激光的吸收作用明显，光束传输距离显著下降。