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、遠くの音を静かに探している。この未来的な技術の「魔法」の背後にある原理は、非常に難解で魅力に満ちている。今日は、この驚くべき技術のベールを剥がし、その素晴らしい構造と原理を探ってみよう。レーザー遠隔音声検出の原理を図 1(a) に示す。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協力振動測定対象物で構成されている。光反射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方式で、対象物表面にレーザー光を照射し、反射光の斜め方向の動きによって方位角変調が生じ、受信端の光強度またはスペックル像が変化することで対象物表面の微小振動を直接測定し、その後「直線的に」遠隔音響信号検出を実現します。受信部の構造に応じて、光検出器非干渉システムは、単点型とアレイ型に分類できます。単点構造の中核は「音響信号の再構成」であり、つまり、反射光の方向の変化によって生じる検出器の検出光強度の変化を測定することで、対象物の表面振動を測定します。単点構造は、低コスト、シンプルな構造、高いサンプリングレート、検出器の光電流のフィードバックによる音響信号のリアルタイム再構成といった利点がありますが、レーザースペックル効果によって振動と検出器の光強度の線形関係が破壊されるため、単点非干渉検出システムの応用が制限されます。アレイ構造は、スペックル画像処理アルゴリズムによっ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に対して高い適応性を持ち、精度と感度が高くなります。

2. 干渉検出システムは、非干渉検出の鈍さとは異なり、干渉検出はより間接的な魅力を持っています。その原理は、対象物の表面にレーザーを照射することで、対象物の表面が光軸に沿って変位し、その変位によって背面光に位相/周波数の変化が生じることです。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、遠隔での微小振動測定を実現します。現在、より高度な干渉検出技術は、原理に基づいて、レーザードップラー振動測定技術とレーザー自己混合干渉法の2種類に分類できます。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いて、対象物の表面の振動によって生じるドップラー周波数シフトを測定することで音信号を検出します。レーザー自己混合干渉法は、遠方の対象物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、対象物の変位、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の検出に使用できる。遠隔音声信号検出のため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

有用かつ効率的な技術手段として、レーザー「マジック」遠隔音声再生は、検出分野だけでなく、対抗検出分野においても優れた性能と幅広い応用性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、その他のガラスカーテンウォールのある場所で100メートルレベルの傍受対策を実現し、1台の装置で15平方メートルの窓面積を持つ会議室を効果的に保護できます。さらに、10秒以内のスキャンと位置決めの高速応答速度、90%以上の認識率の高い位置決め精度、長期安定動作の高い信頼性も備えています。レーザー傍受対策技術は、主要産業オフィスなどのシナリオにおいて、ユーザーの音響情報セキュリティを強力に保証します。