[发明专利]一种参量阵浅剖差频转换性能优化方法

说明书

本发明提供一种参量阵浅剖差频转换性能优化方法，方法包括以下步骤：构建三层参量阵浅剖发射声波传播路径模型，构建检测参量阵浅剖探测性能的探测水平位置DL方程；构建差频转换新能优化模型，计算低频波辐射功率；计算低频波频率占总辐射波频率的比例；通过调整提高高频的功率与声压级，降低比值来提高转换效率，进行优化提高；参量接收阵包括接收水听器、泵换能器，其特征在于，于接收水听器和泵换能器之间加入硅橡胶柱，以提高参量阵接收阵的转换效率。本发明提供的参量阵浅剖差频转换性能优化方法通过提高高频的功率与声压级，降低比值来提高转换效率的且参量接收阵采用硅橡胶柱以提高参量阵接收阵的转换效率。

技术领域

本发明属于海洋声呐技术领域，具体涉及一种参量阵浅剖差频转换性能优化方法。

背景技术

当代海洋开发活动与日俱增，海洋资源的探测开发已成为当代国家之间竞争的主要战场，近岸海洋工程建设是国防、经济发展的重要支撑。建设海洋工程以了解海底地层结构、探测地层属性、沉积物结构为基础。浅剖仪应用在测量海底沉积物的频响、地层衰减系数、传播介质阻抗、声速等地层参数；如果采用合适的识别方法，浅剖仪能够成为同时兼具底质识别和海底探测两种功能的地质探测声纳，能够有效地探明海底沉积层厚度、断裂构造、基岩埋深，同时摸清海底的障碍物分布，掌握海域的灾害和地质情况(滑坡、浅层气)；进而为水下管道铺设，以及一些海上工程的建造(例如码头、电站、桥梁、人工岛等工程)提供比较精确和详实的地质资料。

声学参量阵是一种利用非线性声学现象，在声场的远场产生差频信号的发射装置分析参量阵的数学表达式和物理模型，但是参量阵其在应用的方面过程中在差频转换方面存在一些问题：1)参量阵的差频转化效率较低；2)为了实现非线性声学效应，要求原本的声源能级较高，导致换能器的发射功率过大。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种通过构建三层模型声呐方程，检测参量阵浅剖仪探测性能，然后构建差频转换新能优化模型，提高高频的功率与声压级，降低比值来提高转换效率的参量阵浅剖差频转换性能优化方法及采用硅橡胶柱的参量接收阵。

本发明提供如下技术方案：一种参量阵浅剖差频转换性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建三层参量阵浅剖仪发射声波传播路径模型，所述三层模型为水层、沉积层和岩石层，沉积层为颗粒物形成的孔隙流体，构建检测参量阵浅剖仪探测性能的、估计地面剖面岩层顶部的回波水平的探测水平位置DL方程：

DL＝SL-(PG+DL_W·S+AL_W)-TL_W·S-AL_S-RL_S·R-TL_S·W+RVS+RG+SPG；

所述SL为声波发射源所在水平位置，所述PG为初始波频率到差频的发生效率，所述DL_W·S为所述初始波在水中和沉积层中的扩散损失，所述AL_W为所述初始波在水中的吸收损失，我们将换能器与沉积物表面之间的单向波传播视为非线性，将从沉积物表面反射回所述换能器的波传播视为线性，所述TL_W·S是所述初始波在水和沉积层边界传输损耗，所述TL_S·W是所述回波在在沉积层和水边界传输损耗，所述AL_S是所述初始波在沉积物中的吸收损失，所述RL_S·R为沉积物和岩石边界处的反射损失，所述RVS是声波回波接收水听器的电压灵敏度，所述RG是所述接收水听器的增益，所述SPG是所述接收水听器的信号处理增益；

S2：构建差频转换新能优化模型，计算低频波辐射频率W_ed：