CN111308422A - 一种浅海局部区域平面波声场激励方法 - Google Patents

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何呈
彭子龙
吴游
王彪
毕雪洁
李晓曼
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Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
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Jiangsu University of Science and Technology
Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
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    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
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Abstract

本发明涉及一种浅海局部区域平面波声场激励方法，具体步骤如下：步骤1：在发射端布放M个发射换能器，目标测试区域放置N个水听器，N个水听器收到M×N个信号；步骤2：分析每个信号的幅度和相位，并用复数形式表示，得到一个M×N的矩阵，用A表示；步骤3：M个换能器在复加权因子q的作用下，能够使得测试区域为平面波场，则每个水听器接收到声波的幅度和相位均相等，设为由元素1构成的1×N矩阵B，并由公式q×A＝B解算得出M×1矩阵参数q；步骤4：以复加权因子q修正发射换能器的激励信号，在测试区域产生平面波声场。本发明的优点在于：本发明能够在浅海局部领域形成平面波声场，从而保证了目标回声测试中的平面波入射条件，可起到降低目标回声测试中计量误差作用。

Description

一种浅海局部区域平面波声场激励方法
技术领域
本发明属于水声测试计量领域，特别涉及一种浅海局部区域平面波声场激励方法。
背景技术
水声测量一直是一门非常重要的研究方向。水声计量测试技术的发展是和水声装备技术密切相关的。水声量值参数的准确，不仅关系到水声装备技术性能的优劣和质量的高低，而且也关系到水声科学研究的准确性。
由于我们大部分海域是浅海，在进行大型目标回声测试时，往往只能在浅海进行。在浅海中，存在海面、海底的反射及散射作用，导致目标的入射声信号复杂，不是平面波信号，给目标回声测试带来极大误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够在浅海局部领域形成平面波声场，从而保证了目标回声测试中的平面波入射条件，可起到降低目标回声测试中计量误差作用的浅海局部区域平面波声场激励方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种浅海局部区域平面波声场激励方法，其创新点在于：利用加权修正的方法使特定区域满足平面波声场条件，具体步骤如下：
步骤1：在发射端布放M个发射换能器，目标测试区域放置N个水听器，且每个发射换能器单独发出测试信号，N个水听器共能加收到M×N个信号；
步骤2：对步骤1收到的M×N个信号，分析每个信号的幅度和相位，并用复数形式表示，得到一个M×N的矩阵，用A表示；
步骤3：M个换能器在复加权因子q的作用下，能够使得测试区域为平面波场，则每个水听器接收到声波的幅度和相位均相等，设为由元素1构成的M×1矩阵B，并由公式q×A＝B解算得出M×1矩阵参数q；
步骤4：以复加权因子q修正发射换能器的激励信号，在测试区域产生平面波声场。
进一步地，所述步骤1中，任意两个换能器间的间距大于声信道传播的相干半径，N个水听器覆盖整个目标测试区域。
进一步地，所述步骤4中，以复加权因子q修正发射换能器的激励信号，具体为q为复数，q的模修正发射信号的幅度，q的相位修正发射信号的相位。
本发明的优点在于：本发明浅海局部区域平面波声场激励方法，不受浅海界面影响，同时不受近场条件限制，与现有目标回声计量中目标入射声技术相比，利用多个换能器在目标区域形成平面波场，能极大改善目标回声测试中入射声场条件，测试准确结果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的浅海局部区域平面波声场激励的流程图。
图2为本发明的发射换能器和接收水听器布放示意图。
图3为本发明的声场计算设置。
图4a-图4l为本发明的各个换能器测试信号产生的声场。
图5为本发明的各个水听器接收到的时域信号。
图6为本发明的各个水听器接收信号的幅度。
图7为本发明的各个水听器接收信号的相位。
图8为本发明的修正后各个水听器接收信号的时域信号。
图9为本发明的修正后各个水听器接收信号的幅度。
图10为本发明的修正后各个水听器接收信号的相位。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例浅海局部区域平面波声场激励方法，如图1所示，以浅海声场为检测对象，实施过程如下：
步骤1：如图2所示，在测量船下方中心自上而下依次等间距布放12个发射换能器，任意两个换能器间的间距大于声信道传播的相干半径，目标吊放船下方中心自上而下依次等间距放置10个水听器，10个水听器覆盖整个目标测试区域；
步骤2：浅海声场的Pekeries模型是1944年Pekeries为了解释爆炸脉冲在浅海中的传播而提出的，建立如图3所示的Pekeries浅海波导模型，上半无限空间为空气，密度ρ＝1.293kg/m3，声速c＝340m/s；下半无限空间为淤泥，密度ρ＝1850kg/m3，声速c＝3000m/s；中间为水，密度ρ＝1000kg/m3，声速c＝1500m/s，计算各个发射换能器发出200Hz声信号的声场，如图4所示；用自适应技术获取水听器所在区域信号的幅度和相位，用复数表示，构成12×10的矩阵A；
步骤3：各个发射换能器未经过加权调整前，水听器区域的声场时域信号如图5所示，幅度和相位随垂直深度变化的曲线如图6和图7所示，可以看出信号的幅度和相位变化剧烈，并不满足平面波场条件；
步骤4：设B是元素均为1的10×1矩阵；将参数A和B带入公式q×A＝B，求解参数q，得到q＝-0.0158+0.4080i，0.1154-0.1633i，-0.2496+0.3901i，0.2418+1.4329i，-0.3710+1.6695i，-0.3986+2.2630i，0.0641+1.0877i，-0.5868+0.3269i，-0.1867+0.3531i，-0.1845+0.1459i，-0.4385+0.5538i，-0.2300+0.4439i；
步骤5：以加权因子修正换能器的激励信号，将在测试区域的声场时域信号如图8所示，中间第16-25曲线为水听器；幅度和相位随垂直深度变化的曲线如图9和图10所示。图中中间横线区域为水听器放置区域，可以看出在该区域里信号的幅度和相位变化幅度小，基本满足平面波场条件。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种浅海局部区域平面波声场激励方法，其特征在于：利用加权修正的方法使特定区域满足平面波声场条件，具体步骤如下：
步骤1：在发射端布放M个发射换能器，目标测试区域放置N个水听器，且每个发射换能器单独发出测试信号，N个水听器共能加收到M×N个信号；
步骤2：对步骤1收到的M×N个信号，分析每个信号的幅度和相位，并用复数形式表示，得到一个M×N的矩阵，用A表示；
步骤3：M个换能器在复加权因子q的作用下，能够使得测试区域为平面波场，则每个水听器接收到声波的幅度和相位均相等，设为由元素1构成的M×1矩阵B，并由公式q×A＝B解算得出M×1矩阵参数q；
步骤4：以复加权因子q修正发射换能器的激励信号，在测试区域产生平面波声场。
2.根据权利要求1所述的浅海局部区域平面波声场激励方法，其特征在于：所述步骤1中，任意两个换能器间的间距大于声信道传播的相干半径，N个水听器覆盖整个目标测试区域。
3.根据权利要求1所述的浅海局部区域平面波声场激励方法，其特征在于：所述步骤4中，以复加权因子q修正发射换能器的激励信号，具体为q为复数，q的模修正发射信号的幅度，q的相位修正发射信号的相位。
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