随着人类社会的不断发展,有限的陆地资源不断被消耗,人类开始把目光转向广阔无垠的海洋,海洋资源的开发利用促进了水下目标探测技术的发展,常用的水下探测方法有声呐技术和激光声遥感技术。与声呐技术相比,激光声遥感技术具有灵敏度高、实时无损等优势。本文基于激光声遥感技术,从水表面波中提取水下声源信息,为水下目标的探测奠定基础。本文基于液体表面波的激光衍射技术,从被液体表面波调制的衍射图样中得到液体表面波的振幅、波长、频率等信息,从而对水下目标相关信息进行实时探测。围绕这一主题,主要进行如下的研究工作:(1)从水波理论出发,通过研究水表面微波运动的基本方程和边界条件,推导出水下声源引起液体表面振动时的波动方程,理论研究表明水表面波能够真实反映水下声源的物理特性,通过探测表面波便能够得到水下声源的信息,该研究为使用光衍射法探测水下声源奠定了理论基础。(2)水面由于受到扰动形成表面波,液体表面波相当于位相型光栅。当激光斜入射到液体表面时,表面波对激光进行位相调制,发生衍射效应。根据光栅方程,理论上分析了衍射图样角宽度与入射光的波长、液体表面波波长等因素的定量关系,并进一步利用基于声光衍射技术搭建的实验装置对水下声信号进行探测,实验中观察到了与理论相符的衍射图样,当激光的波长增大时,各级条纹的角宽度随之增加,当液体表面波波长变小时,各级条纹的角宽度也逐渐增加。(3)基于声光衍射法对水下低频声源的水平位置进行了实验研究。理论上对激光衍射法探测水表面波的原理及水下声波的衰减进行了分析,由于声传播具有衰减性,波形转换器与声源的距离不同,液体表面波的振幅也会不同,距离声源越近表面波振幅越大。实验中使波形转换器分别沿着水表面两条垂直的方向进行移动,取得了波形转换器在不同位置处的衍射图样,研究了液体表面波的振幅随位置的变化关系,直线上振幅最大的坐标即该方向距离声源最近的位置,通过变化曲线就能得到水下声源的水平位置。(4)基于声光衍射法对声传播过程的衰减与频率的关系进行了研究。水下声波传播具有衰减性,不同频率的声波衰减快慢不同。实验中使波形转换器沿着一条直线在水表面进行移动,观察到了不同频率下波形转换器发生移动时的衍射图样。通过振幅变化就能判断不同频率下声波的衰减快慢,不同频率的波由于衰减不同,振幅变化也会不同,当波形转换器移动相同距离时,声波频率越高,表面波的振幅变化越大,声波衰减越快。