[發明專利]一種多途環境中利用極化特征截取直達波的方法

有效

• 申請號: 201811236498.6
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109374107B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 郭俊媛;樸勝春
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01H3/00
• 分類號: G01H3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種多途環境中利用極化特征截取直達波的方法，將矢量傳感器放置在被測環境中，布放聲源，調節信號發生器產生CW脈沖信號，經功率放大器加載到聲源上形成接收信號，截取各振速通道的信號段，畫出質點運動軌跡，觀察多途環境中聲波極化特征隨時間變化關系，根據極化特征的變化情況，區分直達波段與多途干涉段，變換不同脈寬，驗證直達波段選取的正確性。本發明考慮了在多途環境中矢量傳感器及基陣低頻測量的主要矛盾，對有界空間的影響進行了建模并合理截斷，克服了大尺度自由場空間的難題，提供一種在有界空間水域、可操作性強、方便實用的信號截取與測量方法，可以廣泛應用于低頻水聲計量各領域。

技術領域

本發明屬于水下矢量傳感器及基陣的測量方法領域，具體涉及一種多途環境中利用極化特征截取直達波的方法。

背景技術

傳統的脈沖聲技術可以在中高頻段發揮作用，區分直達信號和反射信號，但隨著水下聲探測技術向低頻段發展，測試空間的尺度與波長相比擬，脈沖聲技術已不能滿足需求，多途引起的聲場畸變嚴重制約了水下傳感器及其基陣的測量與校準工作。為克服水池低頻校正難題，擴展測量的頻率下限，幾種不同類型的處理手段被發掘研究：瞬態信號建模技術研究換能器瞬態信號的建模算法，從而估計發射器的穩態響應，降低了低頻高品質因數值換能器校準的下限頻率；空間域處理技術則通過無規則變換傳感器在有限水域中位置的方法，利用多途干擾的隨機和無規則特性對其進行疊加消除，提高非消聲水池的低頻測試能力。但多數處理方法與處理技術不能從源頭上判斷獲取信號的正確性，從而難以獲得真正意義上的直達波，影響矢量傳感器及其基陣的低頻測量精度。而由于場地和資源限制，在水池等有限空間進行傳感器研制過程中的測量工作不可避免，而有限空間中池壁反射等多途信號明顯，因此如何在多途環境中提取有效直達波信號，成為矢量傳感器低頻測量中的重點與難點。

發明內容

本發明的目的在于針對水下多途校準環境的影響，發明一種利用極化特征的，操作簡單、方便實用的直達波截取方法，以實現水下矢量傳感器及基陣的測量，尤其是20-1000Hz低頻范圍內的矢量傳感器及基陣的測試與校正。

本發明的目的是這樣實現的：

一種多途環境中利用極化特征截取直達波的方法，具體的實現步驟如下：

步驟1.將矢量傳感器或基陣放置在被測環境中，并布放聲源，聲源與被測矢量傳感器之間距離滿足聲學遠場條件，聲源的主軸方向對準矢量傳感器方向；

步驟2.調節信號發生器產生CW脈沖信號，經功率放大器加載到聲源上形成測試聲場；

步驟3.采集與存儲矢量傳感器的接收信號，包括聲壓信號和振速通道信號；

步驟4.截取各振速通道的信號段，畫出質點運動軌跡，觀察多途環境中聲波極化特征隨時間變化關系；

步驟5.根據極化特征的變化情況，區分直達波段與多途干涉段；

步驟6.根據質點振動軌跡中橢圓率和極化度隨時間的變化情況從時域上區分直達波段和多途信號混疊段；

步驟7.變換不同脈寬，觀察直達波段極化特征隨脈寬變化情況，驗證直達波段選取的正確性。

步驟5所述的根據極化特征的變化情況，區分直達波段與多途干涉段的原理為，在多途環境中，直達波信號為s(t)，且共有Q次反射，第q(q＝1,…,Q)個多途信號相對直達波的幅度為α_q、時延分別為τ_q，接收信號模型為

其中β_x為x通道相對聲壓p通道的幅度不一致量、β_y為y通道相對聲壓p通道的幅度不一致量，為x通道相對聲壓p通道的相位不一致量、為y通道相對聲壓p通道的相位不一致量；