[发明专利]一种低频超指向性多极子矢量阵的有界空间校正方法

说明书

本发明属于水下声矢量阵校正领域，具体涉及一种20‑1000Hz低频范围内超指向性多极子矢量阵的校正的低频超指向性多极子矢量阵的有界空间校正方法。本发明包括：建立超指向性多极子矢量阵包括0号‑4号阵元；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；在0‑360°范围内旋转超指向性多极子矢量阵，采集与存储0号～4号基元的接收信号，每个阵元包括一路声压信号和两路振速通道信号等。本发明克服了目前小尺度基阵的校正需要大尺度自由场空间的难题，提供一种在有界空间水域、可操作性强、方便实用的校准方法，可广泛应用于低频超指向性矢量阵的校准，因此本发明可以广泛应用于低频水声计量各领域。

技术领域

本发明属于水下声矢量阵校正领域，具体涉及一种20-1000Hz低频范围内超指向性多极子矢量阵的校正的低频超指向性多极子矢量阵的有界空间校正方法。

背景技术

在低频甚低频工作段，传统声呐设计的瑞利限严重制约了水下声基阵的应用及其方位估计性能。而超指向性基阵研究工作的突破为本问题提供了解决思路。近几年，基于小孔径的超指向性基阵波束形成方法成为研究热点，大量的设计分析及计算机仿真表明了本类型基阵的优势，但目前只有有限的成品系统被应用于实际工作中，其主要原因之一便是本类型基阵较强的敏感性。

在利用基阵进行方位估计时，需要已知基阵的阵列流形。理论上说，阵列流形在设计时便已给出，但实际中传感器灵敏度误差、相位不一致、阵元间耦合等因素都会导致二者之间的差异。现有的大量研究及发明工作都对这些因素进行了补偿校正，但都只是针对常规基阵。超指向性基阵的校正工作更为复杂，由于超指向性基阵的基元之间排列紧密，因此容易引起互散射等效应，而互散射通常与频率有关，而且安装误差等会影响基阵指向性，这些都难以建模并消除。水声领域超指向性基阵的校正工作更为缺乏。由于实际工作场地的原因，能在水池环境进行校正的频率被限定的非常严格，低频校正难度大大增加；由于超指向性基阵高幅相误差灵敏度等因素的存在，必须考虑安装误差及传感器后续电路不完全一致等系统误差，使得超指向性基阵整体校正迫在眉睫，而其基阵尺寸对于校正空间的不可忽略性使得问题更为复杂。综合以上因素，建立超指向性矢量多极子阵的有限空间校正模型及其关键技术突破是超指向性基阵应用中必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对水下有界空间的影响，提供一种操作简单、方便实用的低频超指向性多极子矢量阵的有界空间校正方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)建立超指向性多极子矢量阵包括0号-4号阵元，构成一个十字型，十字原点处为0 号阵元，1号～4号阵元与0号阵元间距d相等，且阵元间距d与波数k之间满足kd<1；声源的主轴方向对准超指向性多极子矢量阵的正横方向；

(2)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；

(3)在0-360°范围内旋转超指向性多极子矢量阵，采集与存储0号～4号基元的接收信号，每个阵元包括一路声压信号和两路振速通道信号；

(4)将工作环境设置参数代入到球面波声场中的矢量阵列模型中，计算理论阵列流形；

声源距基阵几何中心距离为r，任一初始位置位于与X正轴夹角θ₀位置的基元，在任意声源入射方向θ时，距声源位置为

其矢量通道指向性图为

有界空间中的阵列流形矢量为：

其中，表示第i号基元的X通道指向性；表示第i号基元的Y通道指向性， i＝0,1,…,4；