[发明专利]多极子矢量接收阵校准方法

摘要

本发明公开了一种在20-1000Hz低频范围内的多极子矢量接收阵校准方法。平面多极子矢量接收阵包括1号～9号阵元，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；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；采集与存储各阵元的接收信号；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。本发明提供一种在有限水域、可操作性强、方便实用、校准精度高的校准方法，可广泛应用于低频小型接收阵的校准。

主权项

多极子矢量接收阵校准方法，其特征在于，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：$\cos ({\mathrm{\α}}_1-\mathrm{\ωt})-\cos ({\mathrm{\α}}_5-\mathrm{\ωt})=2\sin \left(\frac{{\mathrm{\α}}_5-{\mathrm{\α}}_1}{2}\right)\sin (\frac{{\mathrm{\α}}_5+{\mathrm{\α}}_1}{2}-\mathrm{\ωt})$求解1号阵元和参考阵元在旋转角度θ下的相位差值，得到相位修正因子D_1v(ω,θ)，$D_{1v}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})=f_{1v}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})e^{i\sqrt{2}\mathrm{ka}\cos (\frac{\mathrm{\π}}{4}+\mathrm{\θ})}/f_{5p}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})$分别获得2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：D_2v(ω,θ)＝f_21v(ω,θ)e^ikacos(θ)/f_5p(ω,θ)$D_{3v}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})=f_{3v}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})e^{i\sqrt{2}\mathrm{ka}\cos (\frac{\mathrm{\π}}{4}-\mathrm{\θ})}/f_{5p}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})$D_4v(ω,θ)＝f_4v(ω,θ)e^{‑ikasin(θ)}/f_5p(ω,θ)D_5v(ω,θ)＝f_5v(ω,θ)/f_5p(ω,θ)D_6v(ω,θ)＝f_6v(ω,θ)e^ikasin(θ)/f_5p(ω,θ)$D_{7v}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})=f_{7v}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})e^{-i\sqrt{2}\mathrm{ka}\cos (\frac{\mathrm{\π}}{4}-\mathrm{\θ})}/f_{5p}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})$D_8v(ω,θ)＝f_8v(ω,θ)e^{‑ikacos(θ)}/f_5p(ω,θ)$D_{9v}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})=f_{9v}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})e^{-i\sqrt{2}\mathrm{ka}\cos (\frac{\mathrm{\π}}{4}+\mathrm{\θ})}/f_{5p}(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})$每个阵元在旋转角度θ下的声压通道信号为p_1‑9(ω,θ)，振速通道信号为和振速通道信号统一用f_nv(ω,θ)表示，其中的n代表的平面矢量接收阵各个阵元数，v代表的是每个阵元的振速通道x、y和声压通道p，ω为角频率，θ为平面阵旋转角度，将各相位修正因子代入相应阵元的接收信号中进行校正，得到9个阵元测量所得到得信号，形成多极子平面矢量接收波束：