[发明专利]水池近场的双水听器相位差校准测量系统及其相位差校准测量方法

权利要求书

1.水池近场的双水听器相位差校准测量系统，其特征在于，该测量系统包括低频声源发射系统(1)、双水听器接收系统(2)和支架(3)；

低频声源发射系统(1)包括低频发射换能器(11)、功率放大器(12)和信号源(13)；

双水听器接收系统(2)包括两个水听器(21)、两个信号调理电路(22)和双通道数据采集器(23)；

低频发射换能器(11)刚性安装在支架(3)的中部，两个水听器(21)分别刚性安装在支架(3)的两端，

信号源(13)发射的信号经过功率放大器(12)提供给低频发射换能器(11)，低频发射换能器(11)发射线性调频信号，

两个水听器(21)接收线性调频信号并将其转换为电信号，经过信号调理电路(22)进行滤波放大，采用双通道数据采集器(23)对两路数据进行同步采集；

采集到的两路数据经过数据处理获得每个频点的相位；

经过多次测量后求取平均值，获得两个水听器(21)所在两个通道信号的相位差；

将两个水听器(21)的位置互换，获得两个水听器(21)换位置后所在两个通道信号的相位差，

求取两个相位差的平均值，获得测量系统所需测量的相位差。

2.根据权利要求1所述的水池近场的双水听器相位差校准测量系统，其特征在于，低频发射换能器(11)和两个水听器(21)的间距相等，均为1米。

3.根据权利要求1所述的水池近场的双水听器相位差校准测量系统，其特征在于，低频发射换能器(11)和两个水听器(21)距离水面的深度相等，均为水深的一半。

4.根据权利要求1所述的水池近场的双水听器相位差校准测量系统，其特征在于，低频发射换能器(11)发射的线性调频信号设置为：

调频带宽根据相位差校准要求设置；

脉宽为30s；

幅度通过信号源(13)的输出幅度和功率放大器(12)的增益进行调节，使得两个水听器(21)接收的信号的信噪比大于20dB。

5.基于权利要求1所述水池近场的双水听器相位差校准测量系统的相位差校准测量方法，其特征在于，该测量方法的具体过程为：

S1、将低频发射换能器(11)和两个水听器(21)安装在支架(3)上；

S2、两个水听器(21)接收低频发射换能器(11)发射的线性调频信号，并将其转换为电信号；

S3、信号调理电路(22)对S2获取的电信号进行滤波放大，双通道数据采集器(23)对两路数据进行同步采集；

S4、采集到的两路数据采用周期图法求取互功率谱；

S5、根据互功率谱获得辐角，辐角即为每个频点对应互功率谱的相位；

S6、经过N次测量后求取平均值；

S7、S6获得的平均值为两个水听器(21)所在两个通道信号的相位差

其中：表示每个频点对应互功率谱的相位，i表示第i个频点，i＝1,2,…,N；

S8、将两个水听器(21)的位置互换，重复执行S2-S6，获得两个水听器(21)换位置后所在两个通道信号的相位差

其中：表示两个水听器(21)换位置后每个频点对应互功率谱的相位；

S9、求取S7和S8的两个相位差的平均值，即为测量系统所需测量的相位差：

6.根据权利要求5所述的基于水池近场的双水听器相位差校准测量系统的相位差校准测量方法，其特征在于，S4所述采用周期图法求取互功率谱的具体过程为：

对采集到的两路数据采用相同的分段方式进行分段，每段数据分别进行离散傅里叶变换，两路数据对应的数据段的傅里叶变换结果进行共轭相乘，获得每个数据段的互谱结果，将所有数据段的互谱结果求取平均值，获得两路数据的互功率谱。

7.根据权利要求5或6所述的基于水池近场的双水听器相位差校准测量系统的相位差校准测量方法，其特征在于，S5所述根据互功率谱获得辐角的具体方法为：

两路数据的互功率谱为复数，复数对应的向量与实轴正方向的夹角即为辐角。