在浅海中，海底混响是海洋混响的主要组成部分，海底混响是由海底散射引起的。海底散射强度是描述海底散射的重要物理参数，随着双基地声呐的研究和应用，迫切需要研究海底散射强度与入射方位角、入射掠射角和散射方位角、散射掠射角的关系，即海底三维散射强度。本文主要研究海底三维散射强度的测量方法。
本文首先从海底散射强度的定义出发，引入一种海底三维散射强度的计算模型，并根据此散射模型对海底散射强度与入射掠射角、散射掠射角、双基地角及频率的关系进行了计算。本文研究的重点是在前人工作的基础上对海底散射强度的实验测量方法进行了改进。对改进的实验测量方法作了详细的描述，同时，对测量系统中的各种实验仪器的性能做了详细的说明，包括声发射基阵的水平和垂直指向性、声源级，接收基阵的指向性和灵敏度级以及其他电子仪器的性能参数。由于本文采用“t”型乘积阵获得空间指向性，并由“t”型乘积阵的阵输出计算海底散射强度，因此，本文还给出了“t”型乘积阵的阵输出电压幅值与声压幅值的关系，根据海底散射强度的定义推导出海底散射强度与“t”型乘积阵的电压输出幅值的关系表达式。依据该表达式对湖上实验采集的湖底散射数据进行了处理，得到了湖底散射强度。并将实验测量结果与海底三维散射强度计算模型的计算结果进行了对比分析，结果表明，二者有较好的一致性。
海底矿产资源、海洋地质、水下工程地质、海洋渔业、水下通信等领域的研究都需要采用有效的工具和方法对海底特征信息进行全面了解。多波束测深系统作为一种海底宽覆盖高精度水深测量设备，除水深测量之外，在海底地貌测量、底质分类等领域也被广泛应用。反向散射强度和信号包络概率分布这两个特征量在利用多波束测深系统探测海底声学特性中发挥重要作用，因此，本文对这两特征参量进行理论与试验研究，主要完成如下内容：
(1)引入jackson散射模型研究高频海底声散射问题，通过数值仿真分析掠射角、沉积物类型、频率、声速、海底环境声学参数等因素变化对海底反向散射强度的影响。
(2)对两种混响包络概率分布模型(瑞利分布模型和k分布模型)进行理论分析，并对文中所采用的k分布参数估计方法及其估计性能进行分析。重点完成多波束海底混响的仿真，使各基元接收的仿真信号包络服从k分布，并采用物理意义明确的jackson散射模型计算反向散射强度的贡献。最后，从波形、包络概率密度分布、时间相关性及频谱特性四个方面对仿真信号进行检验。
(3)对仿真的多波束混响信号进行多波束形成处理，估计各波束方向信号包络的概率分布，并分析入射角、散射元个数对其分布参数的影响。从处理结果看出，信号包络分布特性近似于k分布，且分布参数随入射角、散射元个数的改变而变化。
(4)介绍了由多波束测深系统数据提取反向散射强度的方法，并由湖试数据得到随角度变化的反向散射强度值，且将其与理论模型进行比较分析；对湖试数据进行多波束形成处理，估计各波束方向数据的概率分布情况，并分析入射角对其分布参数的影响。从处理结果看出，试验数据近似于k分布，且分布参数随入射角度的不同而发生变化。
海底散射系数有着极为重要的军事及民用价值。长期以来，海底散射系数获取方法的研究一直是水声领域研究的重点和难点。本文主要致力于海底散射系数实验测量方法的研究。
首先从海底散射系数的定义出发，本文给出了一种新的海底散射系数的实验测量方法。依据该方法能够测得随不同入射掠射角、入射方位角、散射掠射角、散射方位角以及入射声波频率变化的海底散射系数。对应于该方法的海上试验方案本文也作了详细的论述。对各实验仪器的工作性能作了详细的说明。包括发射基阵的声源级、指向性、接收基阵的灵敏度级、指向性以及其它电子仪器的性能参数。本文推导得出了单点水听器的输出电压有效值以及均匀线列阵的输出电压有效值与海底散射系数的对应关系表达式。依据该表达式并对海上实验所采集的数据进行处理得到了实验海域海底的散射系数。本文还引入了一种海底散射系数的三维散射模型。将该理论模型的计算结果与实验的测量结果进行比对分析，结果发现两者吻合的较好。最后，进行了误差分析。得出了各个测量分量误差对最终测量结果的影响。
海底混响是主动声纳进行目标探测和识别时对声纳性能影响巨大的因素之一，研究海底混响的理论模型及其相关统计特性对于声纳探测和抗混响技术具有重要的意义。本文用正交试验法对收发分置且水平布放接收阵情况下的海底混响的相关性进行了研究，重点分析了发射信号参数和海底环境参数对时空相关性的影响作用。首先，根据单元散射模型，以海底散射系数的相关半径的大小为依据划分散射单元，通过混响产生的物理过程来仿真海底混响信号。解决了水平布放接收阵仿真中的海底界面的散射单元难于划分的难题，仿真出了收发换能器水平分置情况下的海底混响信号。其次，用正交试验设计法对仿真实验进行了整体设计，实验设计中，同时考虑了不同形状包络的发射信号，以及发射源的指向性等问题。最后，具体的在发射无指向性声源单频(cw)信号和线性调频(lfm)信号，以及有指向性声源cw信号的几种情况下，综合比较了海底散射系数的相关半径和角度因子以及发射信号的频率和脉宽等多个因子对海底混响的相关特性的影响，得出了海底混响的时空相关性受发射信号参数和海底环境参数的影响大小的相关结论，以及随这些参数变化的一些规律，并通过实验对相关结论进行了部分验证。
这篇论文主要内容分为两部分：第一部分介绍海底散射系数测量系统的构成；第二部分介绍基于嵌入式信号源系统的研制。
海底散射系数是海底混响研究中的关键因素，使用实验设备测量是获得海底散射系数的一种重要方法。本部分首先介绍了系统硬件设备的构成，及部分器件的性能指标。重点介绍了附属的无线电同步系统设计制作和校正基阵摆向的程序编制。
信号源利用嵌入式技术和dds技术，进行研制。选用32位arm处理器lpc2210、实时操作系统μc/os-Ⅱ和dds芯片ad9852为平台，实现多功能信号源。在文中详细介绍了信号源硬件平台的设计制作，操作系统的移植，驱动的开发，和软件程序的编制。最后，总结了信号源的功能，可以产生稳定的频率、相位、幅度可调的正弦，频移键控，渐变式频移键控，跳频，二相移键控和水声中常用的cw和lfm脉冲信号，基本达到设计要求。
该文应用浅海混响的射线简正波理论,讨论了海洋环境参数对混响垂直相关的影响.结合ASIAEX2001浅海声学实验中的混响实验数据,由本地混响衰减的实验数据通过随机反演方法得到海底散射系数,并进行了验证.对不同海况下的混响衰减和混响垂直相关的实验数据进行了研究和分析,讨论了海面随机起伏对混响的影响,应用随机反演的海底散射系数对实验数据进行了预报,理论计算的结果与实验数据符合的较好.异地混响是研究接收器和声源发射不在同一垂直位置的混响过程.我们对异地混响的实验数据进行了处理和分析,并同本地混响的实验结果进行了比较.从射线简正波的混响理论出发,结合三维海底散射系数,导出了浅海异地混响衰减与混响垂直相关的表达式,对本地混响和异地混响实验的比较结果进行了理论分析,并应用随机反演的海底散射系数对异地混响衰减和混响垂直相关进行预报,与实验数据符合的很好.
机载激光测绘海底地貌，以其快速、定位精度高、廉价、机动性好等优势，在世界许多国家受到高度重视。该文针对机载激光测量海水深度的雷达方程，进行了理论和实验的研究工作，取得的主要研究成果有:一、系统分析了准直光束在水下传输的规律;二、将准直光束水下传输理论与推导出的水下有限光源距离定律相结合，建立了机载激光测深唯像雷达方程;三，给出了机载激光测深系统的有效衰减系数表达式，使得估算机载激光测深系统的雷达方程具有更简洁明的表达式;四、在机载激光测深唯象雷达方程基础上建立了机载激光测深后向散射雷达方程;五、提出了在海水的衰减系数己知时，通过测量海水后向散射回峰值点水深来得到海水吸收系数和散射系数的方法;六、提出了用邻点平均方法来处理海底回波信号的方法;七、用机载激光测深唯像理论分析了中国首次机载激光测深试验的数据。
海洋混响是水声学的基本物理现象之一。对于主动声纳来说，混响是一种特有的背景干扰，因此自有声纳以来，混响的研究就一直没有停止。近年来，由于浅海目标探测的需要，对主动声纳系统的要求也越来越高，这就要求声纳设计师们对混响场的时空分布有更深刻的认识。本论文以大量海试数据为依据，研究了海底混响的时空相关特性。并为了方便研究海底混响的相关特性，给出了一种海底混响仿真方法。
本论文给出的海底混响仿真方法，物理意义明确，降低了计算量，有一定的可行性。用此方法模拟出了垂直分置的混响信号，并分析了散射场的全场、近场和远场的时空相关特性与声波的频率、散射系数的指数和散射系数相关半径的关系。
另一方面，对于海试数据处理部分，对应用于海试的接收系统的做了校准实验，并分析了系统的相位误差；描述了海试的概况，并且针对海底地势和发射信号的不同，对海试混响数据的时间空间相关性也展开讨论。
本文所得出的结论可为混响信号的建模及其相关特性的研究提供参考。
不论在军用还是海洋工程应用领域，海底底质分类研究都有着非常广阔的应用前景。现在对海底底质的精确分类只能靠海底采样，这种测量工作费时费力。而海底沉积物的类型与海底介质的声学特性直接相关，利用声学方法进行海底沉积物类型判别工作能有效地提高工作效率。多波束测深系统能够为声学分类工作提供高精度、高分辨率的数据源，而神经网络能够有效地提高分类工作的精度。
论文主要研究基于多波束测深数据的海底沉积物类型判别方法，主要内容包括沉积物类型声学判别的参数介绍，将多波束测深系统和神经网络应用于沉积物类型判别工作必要性的理论论述，基于多波束测深数据的反向散射强度数据归一化处理研究，提出了波束旋转的多波束测量方案，可以对同一测量点做到多角度的多次测量，利用该方法得到的数据进行归一化处理可以提高数据处理的精度。最后根据海底沉积物分类工作的具体要求，选用了模糊art网络，并进行了分类工作的仿真研究，通过仿真结果证明了分类算法的有效性。
浅海,作为水下活动中具有重要战略地位的区域,日益受到人们的关注.本文主要是对浅海波导中目标声散射问题进行研究.在理论分析中,采用了F.INGENITO简正波展开法和N.C.MAKRIS波数积分法,给出了浅海波导中目标散射场的简正波展开解和波数积分解的推导过程,并对两种求解方法进行了比较,发现了两者间的许多相似性和内在统一性.在数值计算中,首先对目标散射场的简正波展开解和波数积分解分别实现了数值计算.对简正波展开解的数值计算得到了较满意的结果;在对波数积分解数值计算时,采用了FFP技术,同时探讨了目标散射场波数积分解积分核函数随水平波数的变化特点,为今后改进目标散射场波数积分解数值计算方法,采用非等间隔的波数采样法,提供了依据.最后,利用简正波展开解对各种浅海波导条件下的目标散射场进行了系统计算,展开了对浅海波导中目标散射特性的探讨.讨论了绝对硬和绝对软两种球状目标,在理想波导情况、不同波导厚度情况,以及不同海底介质特性、不同海水介质特性,不同海水声速分布特性等各种情况下的目标散射特性.通过分析发现:浅海波导中目标散射场具有明显的相干特性;相干距离起点随着波导厚度的增大而增远;在R-φ水平平面上,目标散射场随距离强弱相间;在R-Z垂直平面上,目标散射场形成了明显的相干波束;当声速为均匀等声速剖面时,目标散射场在波导中呈现出较好的对称性;当声速剖面为负梯度分布时,目标散射场在波导中形成的波束有向下弯曲的明显特征;当声速剖面为正梯度分布时,目标散射场在波导中形成的波束呈现向上弯曲的特征.
出于军事和民用的需要，各个国家对海洋都越来越重视。多波束海底成像系统是一种高效的、高测量精度的海底测绘设备，特别适合于大面积扫海测量工作。而现代的多波束系统，更具有了显示海底声学影像、对海底底质进行分类和目标探测的功能，得到了越来越广泛的应用。
概括起来，本文主要工作如下：1.介绍了本文的研究目的和意义；综述了国内外多波束系统的研究历史和现状；指出多波束系统存在的问题和发展趋势。
2.分析了系统组成和各个部分的工作原理；设计并实现了多波束海底成像实验系统。硬件部分包括36通道的PCI接口数据采集卡、前置放大接收电路板和发射接收换能器阵。其中数据采集卡采用了TI公司的新的模数转换芯片，保证了所有36通道的转换为严格同步。编写了数据采集显示软件，软件不仅可以控制硬件进行数据采集和回波波形显示，而且可以和MATLAB接口。
3.在回波到达时刻的检测方面，比较了四种不同的幅度检测方法在不同信噪比下的性能，包括简单门限法、能量中心、快速能量中心和抛物线拟合法。并且改进了抛物线拟合方法，这里设置一高一低两个门限，利用这两个门限得到回波真正的到达时刻。并且在高信噪比和低信噪比情况下采用不同的门限，既避免了因为门限过低而导致检测回波提前出现，又避免了门限过高而导致检测不到回波的情况。仿真和实验证明这种方法检测回波到达的时刻更接近真实值，而且稳定性好。
4.对多波束海底成像系统进行了仿真，包括模拟每个波束的回波(加入不同信噪比的噪声、传播损失、时间展宽等)、包络提取、回波检测和成像等。显示方式包括三维地形图、三维散射强度图、二维地形图和二维散射强度图。
5.利用多波束海底成像实验系统，在实验室的水池中做了实验；对实验数据进行了分析和处理，验证了仿真的正确性和系统方案的可行性。
海水太阳池是以海水和卤水为主体建造的太阳池，这是建造太阳池比较经济合理的方法。它可以用来收集和储存太阳能，为各种用热提供可靠的低温热源。相对于传统的太阳池具有原理简单、运行费用低及能源充足的优点，近年来引起了世界各国的广泛重视和研究。本文针对非对流型海水太阳池主要做了如下工作：
1.建立了海水太阳池的物理模型，分析了太阳池内的基本热平衡模型、双扩散模型和热稳定性模型。通过对上述模型的研究，文中探讨了太阳池内部稳定性条件和边界的变化规律。
2.建立了大连地区太阳辐射、大气温度和土壤温度函数模型。为结合本地区的实际情况进行太阳池的研究提供了依据。
3.浊度是影响太阳池热效率的主要因素之一，因而降低水的浊度即提高水的透明度能够增加太阳池的运行效率。本文采用药剂降浊和过滤降浊相结合的方法对苦卤溶液进行降浊增效的实验研究。
4.在实验室内进行了卤水原液和降浊处理的卤水的密度和浊度的扩散实验、雨水的自动澄清实验和泥沙澄清实验研究，为室外太阳池的运行和维护提供了依据。
5.完成了海水太阳池的建造、池水灌注等一系列实验工作，对太阳池的温度、浊度及盐密度进行了持续、简便的测量，得到了大量的关于温度、浊度和盐密度的实验数据。对太阳池进行了后期的维护工作，如密度和浊度的控制以及卤虫和藻类的消灭等等。
6.完成了大浊度辐射透射率的随深度变化的研究工作，扩大了浊度的研究范围。
7.完成了太阳池瞬态行为的一维和二维的数值模拟工作，分析了浊度和池底反射率等因素的影响。分析了SORET效应的影响，发现长期模拟中，此效应的影响是不容忽视的。
本文对海水太阳池进行了实验和数值模拟方面进行了详细的分析和研究，其结果可以为太阳池的实际运行提高参考。
海底光缆中光纤的应变状况能够反映出海底光缆受外界影响而产生的形变、断裂等情况，因此，对海底光缆应变状况进行检测，对于保证通信网络的正常使用显得异常重要。同时，通过网络实现远程检测，可以有效的提高检测效率，利用数据库技术实现数据的管理与共享，有助于即时、准确地对海底光缆进行维护。本文研究使用BOTDR(BRILLOUIN OPTICAL TIME DOMAIN REFLECTOMETRY，布里渊光时域反射仪)设备、虚拟仪器技术以及INTERNET技术搭建地海底光缆应变状况远程检测系统，以实现对海底光缆应变状况的远程检测、数据获取和数据分析的功能。
在海底光缆应变状况远程检测系统中，实现服务器端与客户端的数据共享对于应变状况分布的分析至关重要，这需要系统在服务器端与客户端均可实现对BOTDR设备的控制和数据采集。系统利用INTERNET技术、数据库技术使客户端的远程计算机与控制仪器的代理服务器形成C/S架构，通过TCP通信连接方式对BOTDR设备的控制和数据采集，实现了背向布里渊散射光功率、背向散射损耗分布、应变分布等数据的共享。
本文基于布里渊散射的分布式传感技术、GPIB总线技术、虚拟仪器技术，设计了海底光缆应变状况远程检测系统，阐述了系统软硬件各部分功能原理，完成了系统的客户端和服务端软件编写，并搭建了远程检测系统，对系统软件进行了测试，结果表明该系统能够完成光纤应变的远程检测，符合海底光缆远程应变测量需求。
随着科学技术的发展，近几十年来结构体的声散射一直受到许多工程领域的重视。结构体的声散射含有结构物的几何形状以及结构组成等重要的信息，通过对散射波场的分析，可以实现对结构物的侦测以及探伤，深入研究目标的散射特性是实现目标特征提取和识别的基础，因此，声散射的研究在实际工程中有十分重要的应用价值。本文对船舶与海洋结构物中的板壳等结构的声散射作了数值和实验分析，完成的主要工作和创新性成果如下：
基于greenberg的方法，推导了具有阻抗边界条件的浅水green函数。建立了浅水域的声学边界元方程，利用边界元法研究了三维海洋波导与散射体相互作用的问题。分析了当声波与结构体相互作用时，理想边界条件以及海底阻抗对结构散射特性的影响。数值分析表明：浅海中椭球体的散射特性与自由场中明显不同，当椭球体按照一定比例变化，其散射声压变化规律会近似于球体而声压幅值低于球体。具有阻抗边界条件的浅海球体的散射特性与理想海底差别较大，海底阻抗对水平断面以及垂直断面的散射场都有一定的影响，目标距离海底越近，计算场点散射声压受海底边界条件的影响越大，阻抗越大，散射声压越大。分析浅海声散射时，海底阻抗的影响不可忽视。合理设计水下结构，控制其在浅水域中散射特性是未来研究发展的方向。
利用边界元法，对刚性和绝软表面裂纹板的声散射进行了数值分析。考察了裂纹的位置以及形状等因素对散射声压影响。计算结果表明，裂纹数目越多，散射声压越低；含裂纹的刚性板和绝软板对声场的指向性影响较大。其次，采用先进的声学测量系统对包括直裂纹、斜裂纹、表面裂纹、不同裂纹类型组合的多裂纹板等13块边界为自由边界的铝板以及完好板进行了插入损失试验分析。试验结果表明：裂纹长度和裂纹板的插入损失成反比。裂纹越长，插入损失越小；裂纹距离声源越近，插入损失越小；裂纹越深，插入损失越小；裂纹数量越多，插入损失越小。插入损失可以作为一种诊断指标应用于无损检测当中。
利用简单的实验装置将球形声源近似为点声源，以敷设阻尼和软表面材料的铝板为研究对象，利用声学测量系统，考察了在点声源作用下铝板的声散射以及声透射特性。实验结果表明：在点声源作用下，有限板的声透射特点是声源距离有限板越近，插入损失越大，敷设阻尼有限板的插入损失要比没有敷设阻尼有限板的大，敷设软表面材料板的插入损失要高于普通铝板的插入损失。因此，在船舶含有声源的舱室内敷设阻尼(或者敷设相对较“软”材料)，能够起到更好的隔声效果，提高舱室内部声源向声场中透射的传声损失。本文的研究结果在研究敷设阻尼结构的声散射、声透射等方面有着积极作用，对于预报潜艇的振动、噪声和提高潜艇的声隐身性能有着重要意义。
基于拉曼散射的分布式光纤测温系统是利用光纤作为温度信号的传导介质，测量沿光纤走向的连续空间内温度场的分布情况。通过高速采集卡采集携带温度信息的数据，并将采集到的数据进行同步累积，数字累加和小波变换的处理，去除噪声的干扰，并通过otdr解调得到准确的温度数据。这种系统的实用性是可以对光纤沿线的温度数据进行实时和定点监控，适用于电力系统、通信系统的温度参量测试以及油罐，海底隧道等不易获得温度数据的场所。本文通过对拉曼散射所产生的斯托克斯光/反斯托克斯光与温度的关系的研究，确定分布式光纤测温系统的温度测量方法，并根据系统的精度要求对所采集到的数据进行去噪声的处理，完成整个测量系统。
声呐是人类感知和探索海洋的重要工具，主动声呐往往受到混响的强烈干扰而无法正常工作。为了解决混响干扰问题，主动声呐设备必须进行抗混响设计，而设计的最终效果要通过混响测试与评估。这就迫切需要一种能够产生混响模拟信号的信号源，从而为混响背景下的主动声呐提供一种经济、灵活、可重用的测试手段。　　
论文以混响信号模拟源的研制为背景，开展了主动声呐海底混响信号的合成方法研究。　　
从信号与系统的观点看，混响信号是发射声波信号作用于海洋环境的输出响应，发射声波所经历的各种变换过程构成了混响的线性系统，该系统可以等效为一个滤波器。结合以上思路，本文建立了单阵元混响信号的FIR 信号与系统模型，模型具有明确的物理意义，反映了真实的混响物理现象，由此，验证了模型的合理性。　　
模型的FIR 滤波结构为混响信号模型计算方法的实现提供了基本框架，将混响信号的产生等效为滤波运算。滤波器的阶数等于散射体的数量，大量散射体的存在，导致运算过程中需要计算大量的抽头系数，为了降低计算复杂度，本文分别提出了用于近程及远程混响信号合成的FIR 滤波器系数的计算方法。研究了FIR模型中滤波器的稀疏化处理问题，形成了稀疏化处理的合理性准则，推导了海底混响信号的稀疏化FIR模型，在不同散射体滤波器系数满足独立同分布的条件下，得到了稀疏化滤波器系数的简化计算方法，仿真实验验证了滤波器系数计算方法的有效性。两种滤波器系数计算方法为单阵元混响信号的合成提供了复杂度适中的实现方法。　　
在垂直阵列中，由于阵元几何位置差别，混响信号在阵元之间存在着特定的时空差异。针对垂直阵列多阵元混响信号的合成问题，分别提出了用于近程及远程垂直阵多阵元海底混响信号的合成方法。对于近程海底混响，建立了垂直阵多阵元近程混响信号合成的延时滤波模型，将混响信号的合成问题转化为延时滤波的实现问题，研究了一种实现分数倍延时的插值滤波方法，仿真试验验证了方法的有效性。对于远程海底混响，证明了阵元之间海底混响信号时空相关的可分离性，在此基础上，提出了基于AR-AR 级联模型以及MA-AR 级联模型的统计合成方法，仿真实验结果表明统计合成方法是有效的。
多波束测深系统是现代信号处理技术、计算机技术、高精度导航定位技术等多种技术的高度集成。本文在我国独立开发的h/hcs-017型条带测深仪产品的技术基础上，对有关的多波束测深技术进行了研究。围绕海底反向散射信号的高精度检测和估计技术，开发了快速能量中心收敛算法和特征模型相关算法，研究了基于fft波束形成的加权时间平均与方位指示处理方法，并讨论了利用分离波束相位差检测技术的海底反向散射信号到达时间(toa)和到达方向(doa)的高精度检测与估计方法。研究成果经过海上实际采集的试验数据检验，结论正确。对于进一步提高国产多波束条带测深仪产品的技术性能具有重要参考价值和良好的应用前景。海底地形实时跟踪技术是保证多波束测深系统实现高效率全覆盖水下地形测量的核心技术，作者通过对多波束测深系统海底回波信号统计特性的研究，依据地形测量理论，并结合实际系统信号处理的技术特点和处理时序，提出了实现海底跟踪控制的关键参数及计算方法，建立了基于中值滤波技术的海底地形实时跟踪数学模型，并开发出实时地形跟踪专家系统，该系统经多次海上实验验证表明：理论正确、方案可行，取得良好效果。
本文来源于国家海洋领域863课题“天然气水合物原位地球化学探测系统”。海底天然气水合物是迄今所知的最具价值的海底能源，现在对天然气水合物的勘察有多种方法，对水中游离态甲烷的检测是其中的一种。但是由于水中游离态甲烷含量较少，检测难度较大，所以通过一般的甲烷检测方法无法探测到水中微量甲烷的存在。拉曼检测是一种快速、非破坏性，能进行分子识别的激光检测技术，另外液芯光纤对拉曼光具有长光程累积作用，所以本文采用液芯光纤拉曼检测技术可以实现高灵敏度水中微量甲烷的检测。本文采用经典理论和量子理论阐述了拉曼散射的产生机理，推导了拉曼散射公式，分析了甲烷分子的结构特点和光谱活性，得到了甲烷的四个固有振动频率，讨论了采用拉曼光进行水中样品检测的优势。分析了水中甲烷的拉曼光谱特点及浓度、温度和压力对拉曼频移的影响，采用激发光波长为532nm的lrs-Ⅲ型激光拉曼光谱仪对水中甲烷进行了拉曼检测的实验研究，并探讨了共振拉曼对提高拉曼检测灵敏度所起的作用。本文介绍了液芯光纤的结构特点，分析了液芯光纤的传光原理，讨论了液芯光纤输出拉曼光功率与光纤长度、损耗系数和折射率之间的关系；建立了光纤弯曲损耗的理论模型，并对液芯光纤弯曲损耗的影响因素进行了仿真研究。提出了液芯光纤拉曼检测的方法和装置构成，说明了液芯光纤对拉曼光的长光程累积增强作用。采用labview软件编写了液芯光纤拉曼增益的仿真程序，并对不同中心频移和光纤长度的液芯光纤输出拉曼光谱进行了仿真。关键词：甲烷；拉曼检测；液芯光纤；拉曼增益
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