[发明专利]多极子矢量接收阵校准方法

说明书

技术领域

本发明属于一种水下矢量接收阵的相位校准方法，尤其涉及一种在20-1000Hz低频范围内的多极子矢量接收阵校准方法。

背景技术

随着矢量水听器应用技术的不断发展，基于矢量水听器的成阵技术研究也得到普遍关注，比如，2003年孟洪的《组合矢量水听器及其成阵技术研究》，2004年吕钱浩的《矢量传感器阵列技术研究》，2009年邢世文《三维矢量水听器及其成阵研究》，2012年葛晓洋《声传感器阵列的实验研究》，等等。国外在矢量阵技术研究方面起步较早，比如1995年，美国加利福尼亚海洋环境大学斯克利普斯研究所的Peter F.Worcester等人利用在海底放置的40元垂直矢量水听器线阵来开展海洋环境监测，参见文献：Peter F.Worcester,Kevin R.Hardy,David Horwitt,and Douglas A.Peckham.A DEEP OCEAN DATA RECOVERY MODULE；美国俄勒冈州立大学、北加利福尼亚州立大学和隶属于美国国家海洋大气委员会的太平洋环境实验室的研究人员使用垂直三元矢量线阵开展海底水文信息探测研究，参见文献：H.Matsumoto,D.Bohnenstiehl,R.P.Dziak1,L.Williams,R.Gliege,C.N.Meinig and P.Harben.A Vertical Hydrophone Array Coupled via Inductive Modem for Detecting Deep-Ocean Seismic and Volcanic Sources。

但在国内外，如上所述的矢量阵基本都是依托线列阵或十字交叉阵(L型阵或圆形阵)，而且阵列设计的理论基础是依据声压阵(标量阵)的设计原理，即阵元间距等于1/2波长的理论，因此在低频段阵元数量较多，阵体庞大，校准困难。目前还未见到小型平面多极子矢量阵校准方法的文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、校准精度高的多极子矢量接收阵校准方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

多极子矢量接收阵校准方法，包括以下几个步骤：

步骤一：平面多极子矢量接收阵包括1号～9号阵元，1号～9号阵元成3行3列排列，5号阵元位于中心位置，相邻阵元间距a按照a≤λ/6布放，λ为矢量接收阵上限工作频率对应的波长，声源与平面多极子矢量接收阵之间距离满足d≥(最大线度)²/波长，声源的主轴方向对准平面多极子矢量接收阵的正横方向；

步骤二：调节信号发生器产生CW脉冲信号，经功率放大器加载到声源上形成测试声场；

步骤三：在0-360°范围内旋转平面多极子矢量接收阵，采集与存储1号～9号阵元的接收信号，每个阵元包括一路声压通道信号和两路质点振速通道信号；

步骤四：选取5号阵元为参考阵元，分别获得0-360°范围内1号～9号阵元的接收信号与参考阵元的接收信号之间的相位修正因子，进行校正；

平面多极子矢量接收阵的旋转角度为θ，1号阵元的声压通道信号和参考阵元的声压通道信号在同一时刻收到的直达波稳态部分的信号分别为：

A₁＝p₁cos(α₁-ωt)

A₅＝p₅cos(α₅-ωt)

A₁为1号阵元的稳态部分的信号，A₅为参考阵元的稳态部分的信号，p₁、p₅为信号幅度，α₁、α₅为信号初始相位，将信号A₁和信号A₅进行数字滤波后，对幅度进行归一化处理，然后将两个信号做差：