レーザー遠隔音声検出技術

レーザー遠隔音声検出技術
レーザ遠隔音声検出：検出システムの構造を明らかにする

細いレーザー光線が空中を優雅に舞い、静かに遠くの音を探します。この未来的な技術の「魔法」の背後にある原理は、まさに難解でありながら魅力に溢れています。今日は、この驚くべき技術のベールを脱ぎ、その素晴らしい構造と原理を探ってみましょう。レーザー遠隔音声検出の原理を図1(a)に示します。レーザー遠隔音声検出システムは、レーザー振動測定システムと非干渉振動測定ターゲットで構成されています。戻り光の検出モードに応じて、検出システムは非干渉型と干渉型に分けられ、概略図はそれぞれ図1(b)と(c)に示されています。

図1（a）レーザー遠隔音声検出のブロック図；（b）非干渉型レーザー遠隔振動測定システムの概略図；（c）干渉型レーザー遠隔振動測定システムの原理図

一、非干渉検出システム非干渉検出は非常に単純な性質を持ち、対象物表面へのレーザー照射、反射光の斜め運動による方位変調によって受信端の光強度またはスペックル像の変化から対象物表面の微細振動を直接測定し、「直進」することで遠隔音響信号検出を実現します。受信端の構造により、光検出器非干渉システムは、シングルポイント型とアレイ型に分けられます。シングルポイント構造の核心は「音響信号の再構成」であり、つまり、戻り光の方向の変化によって引き起こされる検出器の検出光強度の変化を測定することにより、対象物の表面振動を測定します。シングルポイント構造は、低コスト、構造が簡単、サンプリングレートが高く、検出器の光電流のフィードバックに応じて音響信号をリアルタイムで再構成できるなどの利点がありますが、レーザースペックル効果により、振動と検出器光強度の線形関係が破壊されるため、シングルポイント非干渉検出システムの適用が制限されます。アレイ構造は、スペックル画像処理アルゴリズムを通じて対象物の表面振動を再構成するため、振動測定システムは粗い表面への適応性が強く、精度と感度が向上します。

二．干渉検出システムは、非干渉検出システムの鈍さとは異なり、より間接的な魅力を持っています。その原理は、ターゲットの表面にレーザーを照射することにより、ターゲット表面の光軸に沿った変位がバックライトに導入され、位相/周波数の変化が生じ、干渉技術を用いて周波数シフト/位相シフトを測定することで遠隔微振動測定を実現します。現在、より先進的な干渉検出技術は、原理に応じてレーザードップラー振動測定技術と遠隔音響信号検出に基づくレーザー自己混合干渉法の2種類に分けられます。レーザードップラー振動測定法は、レーザーのドップラー効果に基づき、ターゲット物体の表面の振動によって引き起こされるドップラー周波数シフトを測定することで音響信号を検出します。レーザー自己混合干渉技術は、遠方のターゲットからの反射光の一部をレーザー共振器に再入射させ、レーザー場の振幅と周波数の変調を引き起こすことで、ターゲットの変位、速度、振動、距離を測定します。その利点は、振動測定システムの小型化と高感度化にあり、低出力レーザー遠隔音声信号を検出するために使用できます。遠隔音声信号検出用の周波数シフトレーザー自己混合測定システムを図2に示します。

図2 周波数シフトレーザー自己混合測定システムの概略図

レーザー「マジック」による遠隔音声再生は、有用かつ効率的な技術手段として、検知分野だけでなく、対抗検知分野でも優れた性能と幅広い応用を持つ、レーザー傍受対策技術です。この技術は、屋内、オフィスビルなどのガラスカーテンウォールで100メートルレベルの傍受対策を実現し、装置1台で窓面積15平方メートルの会議室を効果的に保護できます。さらに、10秒以内にスキャンして測位する高速応答速度、90％以上の認識率を誇る高い測位精度、長期にわたる安定した動作に対する高い信頼性を備えています。レーザー傍受対策技術は、重要な産業のオフィスなどのシーンにおいて、ユーザーの音響情報セキュリティに強力な保証を提供します。