[发明专利]一种测量水声阵阵元相幅一致性的新方法

说明书

技术领域

本发明属于水声技术基础研究领域，主要是一种测量水声阵阵元相幅一致性的方法。

背景技术

通常情况下，水声声纳阵阵元间相幅一致性的校准都是在自由场中，利用单频连续信号 或单频脉冲信号，采用参考信号比较法或FFT信号处理法来测量的。其中脉冲声信号方法也 可以用在非消声的有限水域中。另外，在反射波影响不可忽略的声场条件下，也可以采用扫 频连续波信号，直接用扫频相位检测仪读取被测信号与参考信号的相位差。这些方法都需要 足够高的信噪比。国外利用时间延时谱法(time delay spectrometry(TDS))来测量高频水听器 的幅度，TDS法应用的特点体现在：1)用扫频信号作为测量信号；2)允许自由场测量在反 射环境中进行；3)利用带跟随滤波器的频谱分析仪作为主要的分析仪器来实现TDS法。它 利用声波在媒介中的有限传播时间来确保在测量中的自由场条件，并能获得更好的信噪比和 相对短的测量时间。但在实际使用中，由于两接收阵元与发射器间定位的偏差会使阵元间所 在位置的声场产生差异，同时，发射器本身的不均匀也会使声场产生差异。这些都将给声脉 冲法与TDS法测量带来偏差，而对相位的测量影响会更大。

由于水声中声纳阵的阵元相幅一致性的测量，涉及到测量的数量比较大，需考虑测量的 速度与效率问题。传统的脉冲声方法已不能满足测试的需要，相比之下，TDS法比脉冲声法 更容易获得好的信噪比和需要更短的测量时间。目前现有的TDS法都是通过频谱分析仪的硬 件条件来实现的，代价很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测量水声阵阵元相幅一致性的方法，主要是解决 水声混响场中声纳阵阵元间幅度与相位的一致性测量中原有脉冲声方法效率不高、易受定位 偏差和声场不均匀条件对测量精度的影响问题。

为解决以上技术问题，本发明是提出以下技术方案实现的：这种测量水声阵阵元相幅一 致性的方法，步骤如下：

(1)采用时间延时谱法TDS用于声阵阵元间的幅度与相位测量，得到两个被测阵元A和B 之间传递函数的幅值和相位；

(2)易地测量过程：

通过计算机控制坐标定位回转机构来控制两个被测阵元A和B的位置的互换，在阵元 A和B易位后，同样重复步骤(1)，得到两个被测阵元间传递函数的幅值与相位；

(3)数据处理：

把两次测量得到的两个接收阵元A和B的幅度与相位值代入方程(9)和(10)中，最 后，得到所需测量频率点上两个被测阵元间的幅度与相位偏差；

A_H＝|H₂(w)/H₁(w)|＝|T₁₂(w)·T′₁₂(w)|^1/2            (9)

其中A_H为两只水听器间幅度偏差值，Δθ_H为两只水听器间相位偏差。

幅度偏差取分贝值ΔL_A为：

ΔL_A＝20log|H₂(w)/H₁(w)|＝10log|T₁₂(w)·T′₁₂(w)|   (10)。

本发明中，所述的时间延时谱法的测量过程：利用计算机控制扫频信号发生器产生扫频 信号，经功放激励发射器工作，而两个被测阵元A和B的接收信号经放大滤波后经多通道数 据采集器同步采样，把测量的数据保存在计算机中；同时，根据测量频率的要求，用TDS算 法对测量数据进行处理，就能得到两个被测阵元间传递函数的幅值和相位。

本发明中，把时间延时谱法用于声阵阵元的幅度与相位测量，利用扫频信号作为测量信 号，使自由场测量在反射环境中进行，利用声波在媒介中的有限传播时间来确保在测量中的 自由场条件。