[發明專利]一種能在有限水域內降低測試頻率的方法

有效

• 申請號: 201410423905.X
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104199013B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 平自紅;王世全;陳毅
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司33101
• 代理人: 陳繼亮

技術領域

本發明涉及聲學測試技術領域，是一種能在有限水域內降低測試頻率的方法。

背景技術

在水聲技術研究中最主要的聲學量是水聲聲壓，各種聲納設備的主要電聲參數都是以水聲聲壓為基礎的，都必須檢測水聲聲壓值來計算。隨著聲納向低頻大孔徑方向發展，測試頻率也需要向低頻方向拓寬。

開展水聽器的自由場校準就必須克服聲場中的反射，通常情況下都是使用脈沖信號技術，利用時域方法來實現直達信號與回聲信號的分離。這種方法在窄帶通道內的瞬時處理會造成脈沖信號的扭曲，隨著頻率的降低，效果也在下降，這就造成了自由場校準中頻率下限的限制。目前，國際上在實驗室條件下的校準還使用時間延時譜法(TDS)。TDS方法是基于直達和反射掃頻信號的頻率分離方法，在水池中校準時，它可以看作是通過水池復傳遞函數來實現直達信號分離的一種方法。在實驗水池條件下，它可以獲得很好的時間穩定性，提高分離效果，簡化實現方法。但它的測試精度比脈沖聲方法要低。目前國內所用的自由場標校方法，在現有的校準條件下，很難實現對1kHz工作頻率的校準，很難滿足實際聲納設備的低頻測試需求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種能在有限水域內降低測試頻率的方法。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。這種能在有限水域內降低測試頻率的方法，該方法包括如下步驟：

(1)、信號發生器發生線性正弦掃頻信號，并激勵功率放大器驅動發射器發生信號；

(2)、接收器接收的信號經測量放大器后通過數據采集器進行數據采集，同時，采集信號發生器的發射信號，并存儲數據；

(3)、信號發生器發生線性余弦掃頻信號，重復步驟(1)和步驟(2)的過程；

(4)、對測試的數據進行處理：首先要對發射信號和接收信號的復數化，發射信號與接收信號復數化是復共軛的復數化；兩個處理后的信號進行復共軛相乘的數學處理，非消聲水池的傳遞函數；然后對傳遞函數進行復數移動平均處理，利用反射波與直達聲的程差所引起的時間延時和帶來的平均頻率間隔的差異來對測試得到的水池傳遞函數按公式(7)進行移動平均，通過不同反射波與直達波的程差的不同，對接收信號進行多次的復數移動平均處理，最終使公式(8)中第2項逼近0，最后得到直達波傳播條件下發射器與接收器之間的傳輸阻抗；

式中α＝2πΔr_i/c，c為水中聲速，直達波與反射波傳播差異Δr_i，平均頻率間隔Δf；

水池傳遞函數表示為：

其中函數表示殘留的第i個反射波的影響，是第i路反射波的延時；函數決定了反射影響的減小依賴于時間延遲τ和平均頻率間隔Δf。

本發明的有益效果為：為了解決聲納設備低頻校準的方法問題，提出了一種復數移動平均的方法來開展在有限水域內對低頻自由場水聲聲壓的校準研究，并取得了較好的成果。復數移動平均法可以減少在非消聲水池中連續波引入的反射影響，與傳統方法不同，它是基于目標(發射器、水池和接收器)的特性分析以及自由場發射器與接收器傳輸阻抗的估計，而不是基于信號分析和分離。它能有效地降低有限水域內測試的頻率下限，滿足聲納設備對低頻性能的測試需求。

附圖說明

圖1為水聽器系統示意圖；

圖2為復數移動平均法原理框圖；

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明：

復數移動平均方法與傳統方法不同，它是基于目標(發射器、水池和接收器)的特性分析以及自由場發射器與接收器的傳輸阻抗的估計，而不是基于信號分析和分離。復數移動平均法方法，可以減少在非消聲水池中連續波引入的反射影響。復數移動平均法采用前后兩次線性掃頻正余弦信號組成復數信號，并對發射換能器的激勵信號與水聽器的接收信號比值(傳輸阻抗)估計，通過對多次反射波引起的延時疊加進行移動平均來降低反射波對直達波的影響。

復數移動平均法方法理論的說明如附圖1所示的水聽器系統開始考慮，圖中所示的系統包括三個連續線性元素：發射器、非消聲水池以及接收器。

系統的每一個元素可以用其傳遞函數來表示。發射器用靈敏度表示(其中f為頻率，以下相同)，水池用聲壓傳遞函數(水池傳遞函數)表示，接收器用靈敏度表示。系統的輸入和輸出分別是水聽器輸入電流和接收器輸出電壓

考慮到反射的情況下，水池傳遞函數可以定義為在接收點處的總聲壓與直達波聲壓的比值，即