[发明专利]一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法

说明书

技术领域

本发明属于水声发射器电声参数测量领域，具体涉及一种非自由场环境下，水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法。

背景技术

水声发射器是把电能转换成声能的器件，是实现水下目标探测、成像、通信等各种工程应用和学术研究的最基础和最重要的组成部分，在水声工程中起着关键的作用。随着海洋开发的深入，对水声发射器的工作性能提出了越来越高的要求，如传播距离更远、工作深度更深等，为了确保水声发射器的工作性能以及量值传递的需要,必须对其电声参数进行校准。目前，大多数用于换发射器性能评估的校准方法在自由场远场条件下进行。

然而，低频情情况下受消声水池吸声性能下降影响，使测量时水听器记录的混响增强；而对于深水发射器，具备高压测试条件的压力罐通常难以进行消声，或消声不完全，致使测量中同样存在混响多径干扰的问题。因此，在低频或高压条件下，均不具备自由场远场测量条件，现有的水声发射器电声参数方法无法适用。

发明内容

发送响应是表征水声发射器性能的重要指标，本发明要解决现有技术测量发送响应时面临的上述缺点，提供一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法。

时间反转(时反)原理根据波动方程解的时反不变性及收发互易性，通过把某一声源的接收信号在同一信道时反后发射，可实现该发射信号在接收位置处的空间和时间聚焦，即空间上多径声波聚焦于接收水听器处，时间上这些到达的多径声波将同相位叠加(时域聚焦)，聚焦后的信号为原发射信号的时间反转形式。由于在一个时不变的声场中，波动方程解的时反不变性和收发互易性成立，因此时反聚焦是一个时不变声场的固有特性。本发明的目的是利用时反的空时聚焦特性使测量接收信号压缩成原发射信号的时反形式，从而抑制非自由场环境下混响对测量的影响，使测量方法可应用于评估低频或深水发射器的发送响应测量。考虑到本测量方法为非自由场测量，其测量结果与传统的自由场测量方法不同，若测量结果与传统的测量方法所得的结果进行横向比较，则需对本方法的测量结果进行修正，本发明提出了修正方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法，所述发送响应测量方法包括以下步骤：

1)采集探查信号：首先，根据所需测量的频率范围，由信号发生器生成所需发射的信号(如窄带脉冲余弦信号)，经D/A变换及功率放大后激励发射器，发射器发射声波，位于其声轴方向远场中的标准水听器接收声波，并经数字信号采集系统采集存储于控制计算机。

2)生成时反发射信号：利用计算机对接收信号进行幅度归一化及时间反转，生成时反发射信号。

3)测量电流及电压信号：保持步骤1)中的发射器和标准水听器位置不变，利用控制计算机再次发射由2)产生的时反发射信号，经D/A变换及功率放大后激励发射器，发射器再次发射声波，标准水听器再次接收声波，测得水听器开路电压有效值，同时通过电流电压取样器测量通过被测发射器的有效电流以及施加在被测发射器两端的有效电压。

4)计算发送响应：利用步骤3)测量得到的数据，计算发射器发送电流响应以及发送电压响应。

5)修正发送响应：为使本发明所测的发送响应值与传统的自由场方法测量结果一致，重复步骤3)和4)，利用标准发射器数据通过比较法修正步骤4)得到的发送响应测量值。

本发明的技术构思为：利用发射器发射探查信号，水听器接收经水声信道传播的信号，获取发射器到水听器位置处的信道响应，并通过时间反转和幅度归一化，生成时反发射信号；然后发射器再次发射所生成的时反发射信号，则根据声传播的时反互易性原理，该发射信号可在水听器位置处实现空时聚焦，从而降低测量环境边界导致的混响对水听器测量信号的影响，最后通过标准发射器修正非自由场发送响应测量值。

与现有的发射器自由场发送响应测量方法相比，本发明的技术优势主要表现在：基于时反聚焦的测量技术可抑制混响，降低混响对测量信号的干扰，可解决有限空间强混响背景下发射器发送响应测量的难点问题。

附图说明

图1是本发明的各测量仪器连接及时反空时聚焦示意图，其中S₁、S₂和S₃表示声线的水底反射、直达及水面反射路径，d表示标准水听器与发射器声中心的距离。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法，用于水下声学发射器发送响应的测试。整套测量方法的实施方式如下：

1)采集探查信号