[發(fā)明專利]光纖水聽器陣列全頻段相位一致性的測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710355420.5
• 申請(qǐng)日: 2017-05-19
• 公開（公告）號(hào): CN108415004B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申和平;張海兵;靳湧濤;張西建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢普惠海洋光電技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01S7/52
• 分類號(hào): G01S7/52
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

公開了一種光纖水聽器陣列全頻段相位一致性的測(cè)量方法，包括：將光纖水聽器陣列的第一陣元作為參考陣元垂直放置在由第一聲源、第二聲源、第一參考基元和第二參考基元構(gòu)成的直線上，并記錄第一陣元的位置；由第一聲源和第二聲源發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)，記錄第一參考基元、第二參考基元和第一陣元的接收信號(hào)，并計(jì)算第一陣元的第一時(shí)延和第二時(shí)延；改變所述光纖水聽器陣列垂直于支架的位置，使得其他被測(cè)陣元依次到達(dá)上一被測(cè)陣元的位置，重復(fù)發(fā)射信號(hào)，計(jì)算相應(yīng)被測(cè)陣元的第一時(shí)延和第二時(shí)延；根據(jù)所計(jì)算的時(shí)延結(jié)果，計(jì)算各陣元相對(duì)于參考陣元的初始相位差；和基于所計(jì)算的初始相位差，對(duì)光纖水聽器陣列的不同陣元進(jìn)行相位補(bǔ)償。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器性能計(jì)量領(lǐng)域，特別涉及一種光纖水聽器陣列全頻段相位一致性的測(cè)量方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳感器被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在水下聲信號(hào)探測(cè)領(lǐng)域，光纖水聽器陣列作為一種高靈敏度、輕型、大孔徑水聲拖曳探測(cè)設(shè)備，在地震信號(hào)探測(cè)、環(huán)境檢測(cè)和水下安全警戒方面發(fā)揮著重要作用。光纖水聽器陣列用于遠(yuǎn)程目標(biāo)側(cè)向的原理是根據(jù)聲波來向?qū)﹃嚵胁煌M(jìn)行相位補(bǔ)償后再進(jìn)行同相疊加，即波束形成原理。補(bǔ)償?shù)南辔恢饕罁?jù)聲波來向和陣元間距計(jì)算得到。波束形成過程需設(shè)置參考陣元，但是當(dāng)陣元相對(duì)于參考陣元存在初始相位差時(shí)，補(bǔ)償?shù)南辔槐悴粔蚓_，造成目標(biāo)測(cè)向精度下降。因此，水聽器陣列各基元的相位一致性是一個(gè)重要指標(biāo)。

實(shí)際上，由于制作工藝、材料本身的電聲性能以及裝配工藝的差異等原因，不同的光纖傳感器確實(shí)存在不同的初始相位。在工程應(yīng)用之前，測(cè)量光纖傳感器的初始相位，從而提高相位補(bǔ)償精度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)聲波來向處各光纖傳感器輸出的同相疊加，對(duì)于更好發(fā)揮光纖水聽器陣列在水下目標(biāo)探測(cè)中的作用具有十分重要的意義。

在使用過程中，對(duì)于遠(yuǎn)處的聲源目標(biāo)發(fā)射聲波的時(shí)刻，水聽器輸出信號(hào)的時(shí)延主要由兩部分構(gòu)成，一是聲波由聲源傳播至水聽器位置的時(shí)延，二是由于水聽器初始相位導(dǎo)致的時(shí)延。一般來說，知道前兩者，便可求得后者，將初始相位導(dǎo)致的時(shí)延乘以角頻率便可得到水聽器的初始相位。

在測(cè)量傳統(tǒng)壓電水聽器的初始相位時(shí)，將信號(hào)源和接收傳感器輸出信號(hào)連接到同一示波器，經(jīng)過A/D變換，采用同步方式顯示，可精確計(jì)算兩者之間的時(shí)延；再計(jì)算由于收發(fā)距離造成的時(shí)延，兩者之差再乘以角頻率，便得到該壓電水聽器自身的初始相位。然而，在光纖水聽器陣列系統(tǒng)中加入了光電信號(hào)解調(diào)模塊，其輸出的數(shù)字信號(hào)和聲源輸出的模擬信號(hào)并不能在同一示波器顯示，使得聲源發(fā)射信號(hào)和水聽器接收信號(hào)之間的時(shí)延不能精確測(cè)量，因而無法利用常規(guī)方法測(cè)得單個(gè)光纖水聽器的初始相位。

對(duì)于低頻聲波信號(hào)，由于波長(zhǎng)較長(zhǎng)，常大于基元間間距。在實(shí)踐中常采用將陣列的陣元兩兩捆在一起的方式來測(cè)量陣元間初始相位差，再變換多輪陣元順序，從而得到陣列的相位一致性分析結(jié)果。對(duì)于高頻聲波信號(hào)，這樣的測(cè)量方式誤差較大，難以獲得精確的相位一致性測(cè)量。

因此，需要一種能夠針對(duì)全頻段精確測(cè)量光纖水聽器陣列的初始相位的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種針對(duì)光纖水聽器系統(tǒng)陣元全頻段相位一致性的精確測(cè)量方法，能給出各陣元相對(duì)于某一參考基元的初始相位差，而不受頻段限制，從而解決實(shí)際工程中光纖水聽器初始相位難以測(cè)量的問題。