[發(fā)明專利]一種基于壓縮感知技術(shù)的聲學(xué)覆蓋層回聲降低測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110013277.8
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112834623B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李建龍;張力恒
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N29/11
• 分類號: G01N29/11;G01N29/44;G01N29/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知技術(shù)的聲學(xué)覆蓋層回聲降低測量方法，該方法基于有限測試空間中聲信道的稀疏特性，使用壓縮感知技術(shù)處理寬頻信號得到多徑信道時延的準確估計，在此基礎(chǔ)上利用最小二乘方法估計待測頻點信號的試樣反射波幅值，實現(xiàn)低頻強混響條件下試樣回波的提取及回聲降低的準確測量。本發(fā)明實現(xiàn)低頻、有限空間條件下，聲學(xué)覆蓋層大樣回聲降低測量中各吸聲層反射回波與直達波的分離，進一步提高現(xiàn)有的聲學(xué)覆蓋層回聲降低測量技術(shù)在低頻段及多層殼體模型測試中測量結(jié)果的精度；可以有效減小測量誤差、提升測量精度，同時簡化了實驗流程、減小了測量所需工作量。

技術(shù)領(lǐng)域

水下聲學(xué)覆蓋層是水聲工程中使用廣泛且至關(guān)重要的水下部件，為評估聲學(xué)覆蓋層試樣的回聲降低性能，實驗室條件下大件樣品的回聲降低測量是一個必不可少的環(huán)節(jié)，本發(fā)明涉及一種水下聲學(xué)覆蓋層大樣回聲降低的測量方法。

背景技術(shù)

聲學(xué)覆蓋層指敷設(shè)在水下部件上的專用功能聲學(xué)材料與結(jié)構(gòu)，主要由消聲瓦、隔聲瓦、抑振瓦、去耦瓦、陣列消音器等具有不同聲學(xué)功能的系列產(chǎn)品綜合組成的聲學(xué)防護體系。聲學(xué)覆蓋層一方面可吸收主動探測聲波，降低水下結(jié)構(gòu)的聲目標強度，另一方面可作為抑制結(jié)構(gòu)自身輻射噪聲的材料。

回聲信號的強弱是衡量水下聲學(xué)覆蓋層吸聲性能的重要指標。現(xiàn)有的聲學(xué)覆蓋層回聲降低的測量方法包括空間傅里葉變換方法，寬帶脈沖壓縮法，時間反轉(zhuǎn)聚焦方法、多通道空時逆濾波法等。有限空間環(huán)境下，混響及多徑效應(yīng)嚴重，無法實現(xiàn)平面波的精確分解，從而限制了空間傅里葉變換方法的應(yīng)用；寬帶脈沖壓縮法可實現(xiàn)時域脈沖信號波形聚焦，但低頻條件下，其單通道發(fā)射的特點導(dǎo)致指向性變差，衍射及混響干擾較嚴重；聲學(xué)聚焦類方法為波導(dǎo)條件下的測試技術(shù)，直達波及試樣回波中疊加了多徑信息，與平面波測試技術(shù)存在差異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于壓縮感知技術(shù)的聲學(xué)覆蓋層回聲降低測量方法。本發(fā)明首先利用壓縮感知技術(shù)，初步估計出多徑時延信息，繼而在已有的時延信息基礎(chǔ)上使用最小二乘方法估計直達波與聲學(xué)覆蓋層反射波響應(yīng)幅值，從而達到分離目標信號與混響干擾噪聲的效果。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于壓縮感知技術(shù)的聲學(xué)覆蓋層回聲降低測量方法，包括如下步驟：

1)信號設(shè)計、發(fā)射及采集：根據(jù)發(fā)射系統(tǒng)寬帶性能及測試需要設(shè)計寬帶發(fā)射信號，發(fā)射信號由信號發(fā)生器輸出經(jīng)功率放大后通過換能器發(fā)射，經(jīng)過測試信道到達水聽器，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集接收信號；

2)多徑時延值估計：依照步驟1)中發(fā)射信號設(shè)計，對寬帶信號使用壓縮感知時延估計算法進行處理，估計得到多徑時延值，由于時延信息與信號頻率無關(guān)，該信息可用于其他形式的信號回聲降低測量；

3)試樣回波幅度及回聲降低測量值計算：基于步驟2)中估計的多徑時延值作為先驗信息，使用最小二乘法對待測量頻點的信號進行多徑信道沖擊響應(yīng)的幅值估計，估計得到多徑幅值，其中直達波幅值為a_i,經(jīng)聲學(xué)覆蓋層式樣反射的回波信號a_r，回聲降低的計算公式為：

其中，E_r表示回聲降低值。

進一步地，所述步驟1)中，發(fā)射信號的設(shè)計：

根據(jù)發(fā)射系統(tǒng)寬帶性能及測試需要設(shè)計寬帶線性調(diào)頻信號，該信號時域表達式為：

其中，f_c為中心頻率，k為調(diào)頻率，T_s為線性調(diào)頻信號的持續(xù)時間，線性調(diào)頻信號的帶寬B＝k*T_s，待測頻點f的信號時域表達式為：

進一步地，所述步驟2)中，多徑時延值的估計方法：