[發明專利]一種多列等差頻率原波相互作用形成參量陣的聲場獲取方法

有效

• 申請號: 201410409816.X
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104215964B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 楊德森;李中政;方爾正;時勝國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88;G01S7/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于適用于參量陣工程應用領域，具體涉及一種多列等差頻率原波相互作用形成參量陣的聲場獲取方法。

背景技術

中國科學院東海研究站在2002年研制成功了一套“堤防隱患監測聲納”，該聲納是一種新型地質聲吶，可以對江河湖底、海底及沉積層進行探測識別或對堤防的損毀程度進行探測和評估。原波頻率為100kHz，差頻為3kHz、6kHz、8kHz、10kHz、12kHz、15kHz、24kHz等七檔，并且能根據工作需求進行檔位切換。Lucilla Di Marcoberardino在文獻“Nonlinear multi-frequency transmitter for sea-floor characterization”認為頻率多樣性可以提供更為豐富的海底地層分布信息，并提出一種能同時生成多種諧波頻率的聲源模型，對沉沒的郵輪、海底的地質特性、海底管道或電纜的鋪設提供技術指導。John A.Birken在文獻“Empirical results from frequency-scanning nonlinear sonar in deep water”中，同樣基于海底地層的探測需求，對多列聲波同時輻射形成系列差頻聲場進行了理論及實驗研究。但其進一步的相關研究并未見諸于文獻。

上述參考文獻表明，改變參量陣的發射波形，充分利用由于非線性效應生成的二階聲波(如和頻、倍頻、差頻等)能有效獲取水下海底地層的聲場信息。同時，理論研究發現，參量陣發射波形的改變可以對參量陣原波轉換效率產生影響，參量陣輻射系統初始聲波信號的改變可以有效提高參量陣的轉換效率。比如，在換能器帶寬允許的情況下，Merkl inger通過理論推導得出如果峰值發射功率相同，改變輻射波形可在一定程度上提高參量陣聲壓級。基于此，本發明利用多列原波相互作用的激勵模式，為參量陣的輻射系統提供一種新穎的思路，在有效提高參量陣的轉換效率的同時，能生成系列低頻、高指向性的差頻波束，可為水聲通訊、海底地質探測等領域的信號檢測提高更加豐富的聲場信息。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高參量陣的轉換效率，還可利用生成的系列差頻信號進行多頻點信號檢測和水聲通訊的多列等差頻率原波相互作用形成參量陣的聲場獲取方法。

本發明的目的是這樣實現的：

(1)讀取多列高頻原波組合而成聲波波形:其中,原波頻率滿足等差關系式f₂-f₁＝f₃-f₂＝…＝f_n-f_n-1，通過信號發射系統向寬帶高頻換能器提供初始條件，任意信號發射器根據參量陣輻射系統的信號波形情況，生成指定的參量陣輻射信號；寬帶功率放大器對參量陣輻射信號進行預處理，通過功率放大器的放大效應，使得有限振幅聲波滿足參量陣生成條件；寬帶高頻換能器將預設的特定聲波信號波形輻射出去，通過傳播媒質的非線性解調作用，最終生成具有低頻、高指向性的系列差頻波束；

(2)設定參量陣聲場的計算區域，并進行網格化離散；利用有限差分法獲取多列聲波相互作用條件下的參量陣聲場。

本發明的有益效果在于：

本發明將二階龍格-庫塔(Runge-Kutta)法與CNFD方法相結合，對多列等差頻率原波相互作用形成參量陣聲場進行推演。該方法一方面提高了計算精度，更為準確的計算了參量陣輻射系統聲場的分布特點，形象直觀地顯示出參量陣的聲場分布情況，更加準確、全面地反映聲場性能。另一方面，該輻射系統能有效提高參量陣的轉換效率，并且系列低頻、高指向性的差頻波束可為水聲通訊信號檢測提供更加豐富的聲場信息。

附圖說明

圖1多頻參量陣聲場獲取方法；

圖2多頻參量陣單通道輻射系統；

圖3多頻參量陣的原波激勵及差頻波生成圖示；

圖4五列原波相互作用的差頻波聲壓幅值分布圖示；(a)差頻1；(b)差頻2；(c)差頻3；(d)差頻4；(e)徑向聲壓幅值比較；(f)軸向聲壓幅值比較；

圖5四列原波相互作用的差頻波聲壓幅值分布圖示；(a)差頻1；(b)差頻2；(c)差頻3；(d)徑向聲壓幅值比較；(e)軸向聲壓幅值比較；

圖6三列原波相互作用的差頻波聲壓幅值分布圖示；(a)差頻1；(b)差頻2；(c)徑向聲壓幅值比較；(d)軸向聲壓幅值比較；

圖7兩列原波相互作用的差頻波聲壓幅值分布圖示；(a)差頻1；(b)徑向聲壓幅值比較；(c)軸向聲壓幅值比較；