[發明專利]一種水聲發射器發送響應時間反轉聚焦測量方法

有效

• 申請號: 201610151447.8
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105759256B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 李建龍;徐文;吳秋韻
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52;H04B17/14
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司33201
• 代理人: 王兵,黃美娟

技術領域

本發明屬于水聲發射器電聲參數測量領域，具體涉及一種非自由場環境下，水聲發射器發送響應時間反轉聚焦測量方法。

背景技術

水聲發射器是把電能轉換成聲能的器件，是實現水下目標探測、成像、通信等各種工程應用和學術研究的最基礎和最重要的組成部分，在水聲工程中起著關鍵的作用。隨著海洋開發的深入，對水聲發射器的工作性能提出了越來越高的要求，如傳播距離更遠、工作深度更深等，為了確保水聲發射器的工作性能以及量值傳遞的需要,必須對其電聲參數進行校準。目前，大多數用于換發射器性能評估的校準方法在自由場遠場條件下進行。

然而，低頻情情況下受消聲水池吸聲性能下降影響，使測量時水聽器記錄的混響增強；而對于深水發射器，具備高壓測試條件的壓力罐通常難以進行消聲，或消聲不完全，致使測量中同樣存在混響多徑干擾的問題。因此，在低頻或高壓條件下，均不具備自由場遠場測量條件，現有的水聲發射器電聲參數方法無法適用。

發明內容

發送響應是表征水聲發射器性能的重要指標，本發明要解決現有技術測量發送響應時面臨的上述缺點，提供一種水聲發射器發送響應時間反轉聚焦測量方法。

時間反轉(時反)原理根據波動方程解的時反不變性及收發互易性，通過把某一聲源的接收信號在同一信道時反后發射，可實現該發射信號在接收位置處的空間和時間聚焦，即空間上多徑聲波聚焦于接收水聽器處，時間上這些到達的多徑聲波將同相位疊加(時域聚焦)，聚焦后的信號為原發射信號的時間反轉形式。由于在一個時不變的聲場中，波動方程解的時反不變性和收發互易性成立，因此時反聚焦是一個時不變聲場的固有特性。本發明的目的是利用時反的空時聚焦特性使測量接收信號壓縮成原發射信號的時反形式，從而抑制非自由場環境下混響對測量的影響，使測量方法可應用于評估低頻或深水發射器的發送響應測量。考慮到本測量方法為非自由場測量，其測量結果與傳統的自由場測量方法不同，若測量結果與傳統的測量方法所得的結果進行橫向比較，則需對本方法的測量結果進行修正，本發明提出了修正方法。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種水聲發射器發送響應時間反轉聚焦測量方法，所述發送響應測量方法包括以下步驟：

1)采集探查信號：首先，根據所需測量的頻率范圍，由信號發生器生成所需發射的信號(如窄帶脈沖余弦信號)，經D/A變換及功率放大后激勵發射器，發射器發射聲波，位于其聲軸方向遠場中的標準水聽器接收聲波，并經數字信號采集系統采集存儲于控制計算機。

2)生成時反發射信號：利用計算機對接收信號進行幅度歸一化及時間反轉，生成時反發射信號。

3)測量電流及電壓信號：保持步驟1)中的發射器和標準水聽器位置不變，利用控制計算機再次發射由2)產生的時反發射信號，經D/A變換及功率放大后激勵發射器，發射器再次發射聲波，標準水聽器再次接收聲波，測得水聽器開路電壓有效值，同時通過電流電壓取樣器測量通過被測發射器的有效電流以及施加在被測發射器兩端的有效電壓。

4)計算發送響應：利用步驟3)測量得到的數據，計算發射器發送電流響應以及發送電壓響應。

5)修正發送響應：為使本發明所測的發送響應值與傳統的自由場方法測量結果一致，重復步驟3)和4)，利用標準發射器數據通過比較法修正步驟4)得到的發送響應測量值。

本發明的技術構思為：利用發射器發射探查信號，水聽器接收經水聲信道傳播的信號，獲取發射器到水聽器位置處的信道響應，并通過時間反轉和幅度歸一化，生成時反發射信號；然后發射器再次發射所生成的時反發射信號，則根據聲傳播的時反互易性原理，該發射信號可在水聽器位置處實現空時聚焦，從而降低測量環境邊界導致的混響對水聽器測量信號的影響，最后通過標準發射器修正非自由場發送響應測量值。

與現有的發射器自由場發送響應測量方法相比，本發明的技術優勢主要表現在：基于時反聚焦的測量技術可抑制混響，降低混響對測量信號的干擾，可解決有限空間強混響背景下發射器發送響應測量的難點問題。

附圖說明

圖1是本發明的各測量儀器連接及時反空時聚焦示意圖，其中S₁、S₂和S₃表示聲線的水底反射、直達及水面反射路徑，d表示標準水聽器與發射器聲中心的距離。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。

參照圖1，一種水聲發射器發送響應時間反轉聚焦測量方法，用于水下聲學發射器發送響應的測試。整套測量方法的實施方式如下：

1)采集探查信號