CN116698970A - 海中目标声散射强度测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种海中目标声散射强度测量系统及方法，系统由海上移动平台、发射系统、接收系统及配套设备组成。该系统能在宽阔海域利用移动平台完成中小型尺度目标收发合置和收发分置声散射强度测量。本发明的测量系统所用平台可移动、应用区域灵活，不受固定水上平台区域的水深和环境噪声的影响，平台硬件要求低、测试成本相对较低，测量方法可操作性强，计算方法兼顾实用性和准确性，直达波和回波信号便于提取和处理，便于得到被测目标的收发合置和收发分置声散射强度。
Description
技术领域
本发明涉及水声测量，特别是一种海中目标声散射强度测量系统及方法。
背景技术
水下目标回波特性是主动声纳的重要信息源，掌握目标特性的重要手段之一是水中目标声散射强度测量。目前较为常用的测量是在水池和湖上试验站中完成，利用搭建的固定平台进行吊装和测量，但由于水域面积和水深等尺度限制，难以完成大中尺度缩比模型声散射试验，而海上声散射测量目前主要是对实尺度目标基于含测试月池专用平台的大型测量船进行运动状态下测量，由于目标水下入射姿态和接收方位难以控制，所获得的有效测量方位和频段数据也较为有限，且大型专用测量船海试成本较高，有必要发展一种对测量平台要求不高的灵活可控的海上测量系统及方法，能完成中尺度缩比模型的宽阔水域声散射测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种海中目标声散射强度测量系统及方法，能在宽阔海域利用移动平台完成中小型尺度目标收发合置和收发分置声散射强度测量。该测量系统所用平台可移动、应用区域灵活，不受固定水上平台区域的水深和环境噪声的影响，平台硬件要求低、测试成本相对较低，测量方法可操作性强，计算方法兼顾实用性和准确性，直达波和回波信号便于提取和处理，便于得到被测目标的收发合置和收发分置声散射强度。
本发明的技术解决方案如下：
一方面，本发明提供一种海中目标声散射强度测量系统，其特点在于，包括由测量船和目标船构成的海上移动平台；
所述测量船用于布置发射系统和接收系统，具备发射和接收设备以及目标吊放入水能力；
所述目标船用于水中挂载并控制被测目标的被测姿态，仅需满足水下目标挂载能力，不要求吊放目标入水能力，该被测目标上设置有磁罗经、推进器和目标运动控制器,所述磁罗经用于监测被测目标的水平和垂直姿态，所述推进器用于推动目标自转，所述目标运动控制器(16)用于监控及调整目标姿态。
进一步，所述的发射系统包括信号发生器、功率放大器和发射阵；
所述的信号发生器，用于生成单频和线性调频信号，且能导入任意波形信号的文件，并设置脉冲间隔、脉冲长度、信号幅值、波形分辨率参数；
所述的功率放大器，根据发射信号频段与发射阵相匹配，且有不同放大倍数档次供选择；
所述的发射阵，通过钢绳吊放在所述测量船的一端且固定，对于低频信号，采用多元阵组成的垂直多元发射阵，以构造低频高指向性的声源；对于高频信号，采用频率响应较平稳且源级较高的发射换能器；
所述的接收系统包括接收线阵、电荷放大器和采集器；
所述的接收线阵，包括收发合置的垂直接收线阵和两个收发分置的潜标接收线阵，所述垂直接收线阵的下端通过用钢绳配重，上端通过用钢绳悬挂在所述测量船(1)的船艏，以获取垂直空间声场分布，进而通过波束形成高指向性接收信号；
所述的电荷放大器，用于对接收信号放大；
所述的采集器，用于显示回波波形，监测信号是否异常，并初步估计回波到达时刻和强度，分析干扰情况并及时避免。
进一步，还包括配套设备，所述配套设备包括：
温盐深仪，通过钢绳悬挂在所述测量船侧，用于测量所述测量船处的海水温度、盐度和深度；
潜标接收阵，通过钢绳悬依次串连浮标、电子舱接收、接收线阵、浮球、声学释放器和配重而成；
定位设备，分别安装在所述目标船和测量船上，用于对发射、接收和被测目标位置进行定位。
进一步，所述的浮球用于给所述的接收线阵提供浮力，布放在预定位置，所述的声学释放器用于所述的接收线阵的水下释放和回收。
进一步，所述的目标船仅配备有起吊缆车和控制被测目标旋转的设备，所述的目标船的吨位和甲板作业空间可以比所述的测量船的更小。
另一方面，本发明还提供一种对海中目标声散射强度的测量方法，其特点在于，包括以下步骤：
步骤1.将测量船作为第一海上移动平台上安装发射系统和接收系统，并移动到平静水域；将目标船作为第二海上移动平台移动到平静水域；
步骤2.在测量船上设置风速风向传感器以监测风浪的风速与风向、设置海流计以监测海水的流速与稳定性、设置温盐深仪以监测海水的温盐深、设置定位设备；
步骤3.将由钢绳串连浮标、电子舱接收、接收线阵、浮球、声学释放器和配重而成的潜标接收阵，选择合适位置放入海水中作为收发分置接收点，并由测量船上的定位设备记录该潜标接收阵的潜标坐标；
步骤4.参考所述的潜标坐标及当地风浪流情况，根据收发合置和收发分置测试要求，确定测量船和目标船的位置，使所述测量船的船艏、船尾和所述目标船在顺流直线方向，且所述潜标接收阵位于收发分置方位，即发射-目标的连接线与目标-接收的连接线呈一定夹角；
步骤5.将测量船的船艏锚住后，通过钢绳将发射阵和垂直接收线阵分布吊装在所述测量船的船艏和船尾的海中；通过钢绳将被测目标吊装在所述目标船船尾的海中，该被测目标装配有推进器及目标运动电子控制舱，所述的目标船通过电缆控制被测目标自转，以便测量不同方位声散射强度；所述的被测目标和发射阵均安装有磁罗经，用于监测被测目标的水平和垂直姿态，所述的垂直接收线阵和潜标接收阵各加以配重以保持垂直姿态；对被测目标、发射阵和垂直接收线阵的钢绳长度作深度标记，确保三者的声中心具有相同深度；
步骤6.在所述的测量船的船尾甲板平台吊车处将被测目标吊放入水并调整重心，将承重绳及控制电缆交接至靠近的目标船，测量船的牵引绳靠船边立柱借力拉住，吊车脱钩，牵引绳和承重绳缓慢放长至标记深度刻度处，牵引绳脱钩后目标船携带目标远离，并调整两船的姿态；
步骤7.在所述的测量船的船艏或舷侧吊放所述的垂直接收线阵至指定深度，吊放发射阵至指定深度，根据所述的发射阵上安装的磁罗经,调整发射阵的姿态,所述的目标船悬挂被测目标处以及所述的测量船上发射阵和垂直接收线阵处均安装GPS定位器，利用该三台GPS定位器对三点一线位置进行校准，监测三者水下姿态稳定性，并进行功能调试；
步骤8.连接船上仪器设备，检查所述的被测目标(4)的静止姿态和回转状态是否正常，检查所述的多元发射阵和垂直接收线阵)的垂直姿态是否正常；
步骤9.设置调频信号，利用信号源和功率放大器等发射声波，发射信号脉冲宽度覆盖目标最大长度，脉冲发射间隔至少大于混响时间的1.5倍，调整信号源输出电压幅度，掌握信号源输出电压与系统发射源级之间的转换规律，明确直达波波形不失真情况下，最高输出电压和最大发射源级之间的关系；
步骤10.利用所述的垂直接收线阵和采集器的触发模式实时显示功能，观察接收信号是否正常，在海底水流以及其他干扰影响较小情况下，开展不同调频信号下目标回波信号的采集，采集的数据为垂直接收线阵和潜标接收阵处目标散射声压，初步信号处理评估测量数据的可靠性，按照不同频段、不同收发分置角等试验工况，重复测量步骤，并定时测量海水的温盐深；
步骤11.所有工况测试完毕后，依次回收所述的发射阵、垂直接收阵、潜标接收阵、被测目标等水下装置并返航；
步骤12.根据采集的垂直接收线阵和潜标接收阵处目标散射声压数据，按照如下方法进行信号处理得到目标声散射强度：
在接收阵同时满足发射阵和被测目标远场条件下，直达波声压级为：
SPL-20lg(L1)(1)目标回波声压级为：
SPL-20lg(L2)-20lg(L3)+TS(2)
式中，L1为发射声源与接收阵的距离，L2为发射阵与被测目标的距离，L3为被测目标与接收阵的距离，当收发合置时，所述的接收阵取为测量船上垂直接收阵，当收发分置时，所述的接收阵取为潜标接收阵，相应的距离根据波达时刻和GPS坐标进行估算；
采用直达波参考法计算目标声散射强度，即：基于采集数据利用时间窗截取直达波和回波数据，通过构造单频长脉冲信号作为参考信号，将直达波和回波分别与单频参考信号卷积并取包络，得到直达波与目标回波包络幅度之比为q，则目标回波声压级有如下关系式：
SPL - 20lg(L1) ＝ SPL - 20lg(L2) - 20lg(L3) + TS + 20lg(q)(3)
因此目标声散射强度TS为(4)式:
TS ＝ - 20lg(L1) + 20lg(L2) + 20lg(L3) - 20lg(q) (4)
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的测量系统的测量平台可移动，可根据海况选取背景噪声优良的合适试验区域，不受固定水上平台区域的水深和环境噪声的影响，比湖上有限范围和深度的水域测量环境更佳；
(2)本发明的测量平台仅需一艘具有发射和接收设备以及目标的吊放入水能力的测量船，另一艘目标船仅需满足水下目标挂载能力，总体上测量平台硬件要求低，测量成本相对于含测试月池专用平台的大型测量船较低；
(3)本发明的测量方法可操作性强，发射和目标距离可根据实际回波效果调节，不受试验平台面积的限制，比湖上和海上固定试验平台更灵活；
(4)本发明的声散射强度计算采用直达波参考法，直达波和回波信号便于提取和处理，可得到收发合置和收发分置声散射强度，具有实用性强、准确性高的特点。
附图说明
图1为本发明海中目标声散射强度测量系统实施例的三维示意图；
图2为本发明海中目标声散射强度测量系统实施例的俯视图；
图3为本发明实施例海中目标声散射强度信号处理流程图；
图4为本发明实施例随深度变化声速图；
图5为本发明实施例海中圆柱标准体目标测量信号处理后时域信号的直达波和回波。
图中标号：1、测量船；2、目标船；3、发射阵；4、被测目标；5、垂直接收线阵；6、潜标接收阵；7、浮球；8、接收阵电子舱；9、浮标；10、声学释放器；11、配重；12、GPS定位器；13、磁罗经；14、温盐深仪；15、推进器；16、目标运动控制舱；17、锚；18、直达波；19、目标回波。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例，请参阅图1和图2，由图可见，本发明海中目标声散射强度测量系统，由海上移动平台、发射系统、接收系统以及配套设备组成，
所述的海上移动平台包括测量船1和目标船2，
所述的测量船1用于布置所述的发射系统和接收系统及其配套设备，船尾甲板平台配备有吊车、铰链、承重缆绳等设备供吊放被测目标和发射阵，船首侧有绞车供吊放电缆，确保平台足够吊装能力和作业空间；
所述的发射系统主要由信号发生器、功率放大器、发射阵3等组成(图中未显示)，所述的信号发生器应能生成单频和线性调频信号，且能导入任意波形信号的文件，并设置脉冲间隔、脉冲长度、信号幅值、波形分辨率等参数；所述的功率放大器应根据发射信号频段与发射阵相匹配，且有不同放大倍数档次供选择；所述的发射阵3，对于低频信号，采用多元阵组成的垂直多元发射阵，以构造低频高指向性的声源；对于高频信号，采用频率响应较平稳且源级较高的发射换能器，通过钢绳吊放于测量船1的一头并固定；
所述的接收系统主要由接收线阵、电荷放大器、采集器等组成(图中未显示)，所述的接收线阵包括测量船1上收发合置的垂直接收线阵5和两个收发分置的潜标接收线阵，采用多元水听器组成所述的垂直接收线阵5，所述的垂直接收线阵5的下端通过用钢绳配重11，上端通过用钢绳悬挂在所述的测量船1的船艏，以获取垂直空间声场分布，进而通过波束形成可得到高指向性接收信号，减小信道干扰；所述的电荷放大器能对接收信号进行放大，与接收阵阵元对应设置灵敏度；所述的采集器的通道数量应满足所接收阵元及水听器数量的信号采集要求，可设置采样率、采集时长等参数，满足同步触发条件，能实时显示回波波形，监测信号是否异常，并初步估计回波到达时刻和强度，分析干扰情况并及时避免；
所述的配套设备主要包括海上定位设备、温盐深仪14、磁罗经13、稳压源(图中未显示)、潜标接收阵、浮球7、声学释放器10和配重11；所述的海上定位设备包含三台GPS定位器12，一台GPS定位器12安装在所述的目标船2的平台上，两台GPS定位器12分别安装在所述的测量船1的船艏和船艉，以便对发射、接收和被测目标位置进行定位；所述的温盐深仪14用钢绳悬挂在所述的测量船1侧，用于在测量船1处测量海水温度、盐度、深度等海洋环境信息参数；
所述的潜标接收阵按照浮标9、电子舱接8、接收线阵6、浮球7、声学释放器10、配重11的顺序用钢绳串连而成，所述的浮球7用于给所述的接收线阵6提供浮力，布放在预定位置，所述的声学释放器10用于所述的接收线阵6的水下释放和回收；
所述的目标船2用于挂载并控制所述的被测目标4的被测姿态,所述的被测目标4上设置有磁罗经13、推进器15和目标运动控制器16,所述的磁罗经13用于监测被测目标4的水平和垂直姿态，所述的推进器15和目标运动控制器16以便测量前及时进行姿态调整。
实施例
所述的测量船1排水量约1000吨，目标船2的排水量300吨。
采用七元阵组成的垂直七元发射阵3，以构造低频高指向性声源，工作频率范围1k-4kHz，通过钢绳吊放于测量船1的船尾并固定。
所述的垂直接收线阵5包括测量船1上收发合置接收阵6和潜标收发分置接收阵5，采用32元水听器组成所述的垂直接收线阵5。
利用上述海中目标声散射强度测量系统进行散射声场测量的方法，该方法包括以下步骤：
1)根据海图及海况预报，掌握海域试验区域信息，包括周边海深和岛礁分布、海流潮汐强度及方向、风浪气象变化等情况，选取海流较小海况较平静的宽阔海域作为试验地点，以降低水下设备运动干扰以及设备水深位置变化影响，参阅图4，海区平均海深150m、声速在1530m/s左右。
2)测量船1和目标船2行驶至预定试验地点，利用风速风向传感器监测风浪，利用海流计监测流速及其稳定性，利用温盐深仪14测海水的温盐深，评估试验环境可行性。
3)测量船1上按照浮体9、电子舱8、接收线阵6、浮球7、声学释放器10、配重11的顺序串连成潜标接收阵，调试后选择合适位置作为收发分置接收点依次吊放入水，记录其GPS坐标，根据分置角需求可放置多个潜标接收阵。
4)参考潜标坐标及当地风浪流情况，根据收发合置和收发分置测试要求确定测量船1和目标船2位置，使得测量船1船艏、船尾和目标船2在顺流直线方向，潜标接收阵在分置角位置。
5)测量船1的船艏锚住后装配被测目标4、七元发射阵3和垂直接收线阵5，被测目标4为长6m直径30cm的钢制标准圆柱体，两端装配有推进器15且内部有电子控制舱16，使得目标船2能通过电缆控制被测目标4自转，以便测量不同方位声散射强度。被测目标4和发射阵3安装磁罗经13分别监测水平和垂直姿态，所有的接收阵5、6加以配重11以保持垂直姿态。对被测目标4、发射阵3和接收阵5的缆绳长度作50m深度标记，确保三者的声中心具有相同深度。
6)在测量船1船尾甲板平台吊车处将被测目标4吊放入水并调整重心，将承重绳及控制电缆交接至靠近的目标船2，测量船1的牵引绳靠船边立柱借力拉住，吊车脱钩，牵引绳和承重绳缓慢放长至标记深度刻度处，牵引绳脱钩后目标船2远离，并调整两船姿态。
7)在测量船1的船艏或舷侧吊放垂直接收线阵5至指定深度，并避免接收阵电缆与锚链等设备缠绕。在测量船1的船尾甲板平台吊车处吊放七元发射阵3至指定深度，根据磁罗经13调整发射阵姿态。目标船2悬挂目标处以及测量船1上发射阵和接收阵处均安装GPS12，利用三点GPS12对三点一线位置校准。监测三者水下姿态稳定性，并进行功能调试。
8)连接船上仪器设备，主要包括信号源、功率放大器、多通道信号采集器、电荷放大器、稳压源、GPS信号等，并进行功能调试。
9)检查被测目标4的静止姿态和回转状态是否正常，检查发射阵3和接收阵5垂直姿态是否正常。
10)设置1k-4kHz的线性调频信号利用信号源和功率放大器等发射声波，发射信号脉冲宽度10ms覆盖目标最大长度，脉冲发射间隔至少大于混响时间1.5倍。调整信号源的输出电压幅度，掌握信号源输出电压与系统发射源级之间转换规律，明确直达波波形不失真情况下最高输出电压和最大发射源级。
11)利用接收阵6、5和采集器的触发模式实时显示功能，观察接收信号是否正常，分析海流和静电等干扰情况，尽量降低船上可控干扰，界面混响和入射声波、散射声波在时间域没有重叠，可适当调整测量船和目标船的距离。
12)在海底水流以及其他干扰影响较小情况下，开展不同调频信号下目标回波信号采集，被测目标4自转一周，持续采集，初步信号处理评估测量数据可靠性。按照不同频段线性调频信号和不同分置角的试验工况，重复测量步骤，并定时测量海水温盐深以及观测风浪流和各GPS坐标变化。
13)所有工况测试完毕后，依次回收发射阵3、接收阵5、6、被测目标4、潜标等水下装置并返航。
14)参阅图4，按照如下方法进行信号处理，得到不同方位目标在不同频率和分置角下的声散射强度：
采用直达波参考法测量目标4声散射强度，在接收阵5、6同时满足发射阵和被测目标4远场条件下，按照球面波扩展规律，直达波的声压级为：
SPL-20lg(L1)(1)目标回波的声压级为：
SPL-20lg(L2)-20lg(L3)+TS(2)
式中，SPL为发射声源级，L1为发射阵3与垂直接收阵5的距离，L2为发射阵3与被测目标4的距离，L3为被测目标4与垂直接收阵5的距离。参阅图2，当收发合置时，接收阵取为测量船1上垂直接收阵5，相应地，取L1＝D1，L2＝D2，L3＝D1+D2；当收发分置时，接收阵6取为潜标接收阵6，则取L1＝D3，L2＝D2，L3＝D4，各段距离根据波达时刻和GPS坐标进行估算。
假设直达波与目标回波包络幅度之比q，则有如下关系式
SPL - 20lg(L1) ＝ SPL - 20lg(L2) - 20lg(L3) + TS + 20lg(q)(3)
目标声散射强度为
TS ＝ - 20lg(L1) + 20lg(L2) + 20lg(L3) - 20lg(q) (4)
因此只需获得各点距离，以及通过时间窗、匹配滤波、希尔伯特变换等信号处理方法得到直达波与目标回波包络幅度之比值，即可得到收发合置和不同分置角的声散射强度，避免或减小了发射源级、信号幅值波动、环境干扰等对测量结果的影响，即提高准确性和实用性。
在该实施例中，测量船1接收阵信号处理得到的直达波和圆柱回波参阅图5，根据公式(4)计算得到3kHz时圆柱正横目标4的强度为4.4dB，理论值为3.6dB，误差为0.8dB。
实验表明，本发明的测量系统所用平台可移动、应用区域灵活，不受固定水上平台区域的水深和环境噪声的影响，平台硬件要求低、测试成本相对较低，测量方法可操作性强，计算方法兼顾实用性和准确性，直达波和回波信号便于提取和处理，便于得到被测目标的收发合置和收发分置声散射强度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种海中目标声散射强度测量系统，其特征在于，包括由测量船(1)和目标船(2)构成的海上移动平台；
所述测量船(1)用于布置发射系统和接收系统，具备发射和接收设备以及目标吊放入水能力；
所述目标船(2)用于水中挂载并控制被测目标(4)的被测姿态，仅需满足水下目标挂载能力，不要求吊放目标入水能力，该被测目标(4)上设置有磁罗经(13)、推进器(15)和目标运动控制器(16)，所述磁罗经(13)用于监测被测目标(4)的水平和垂直姿态，所述推进器(15)用于推动目标自转，所述目标运动控制器(16)用于监控及调整目标姿态。
2.根据权利要求1所述的海中目标声散射强度测量系统，其特征在于，所述的发射系统包括信号发生器、功率放大器和发射阵(3)；
所述的信号发生器，用于生成单频和线性调频信号，且能导入任意波形信号的文件，并设置脉冲间隔、脉冲长度、信号幅值、波形分辨率参数；
所述的功率放大器，根据发射信号频段与发射阵相匹配，且有不同放大倍数档次供选择；
所述的发射阵(3)，通过钢绳吊放在所述测量船(1)的一端且固定，对于低频信号，采用多元阵组成的垂直多元发射阵，以构造低频高指向性的声源；对于高频信号，采用频率响应较平稳且源级较高的发射换能器；
所述的接收系统包括接收线阵、电荷放大器和采集器；
所述的接收线阵，包括收发合置的垂直接收线阵(5)和两个收发分置的潜标接收线阵，所述垂直接收线阵(5)的下端通过用钢绳配重(11)，上端通过用钢绳悬挂在所述测量船(1)的船艏，以获取垂直空间声场分布，进而通过波束形成高指向性接收信号；
所述的电荷放大器，用于对接收信号放大；
所述的采集器，用于显示回波波形，监测信号是否异常，并初步估计回波到达时刻和强度，分析干扰情况并及时避免。
3.根据权利要求1所述的海中目标声散射强度测量系统，其特征在于，还包括配套设备，所述配套设备包括：
温盐深仪(14)，通过钢绳悬挂在所述测量船(1)侧，用于测量所述测量船(1)处的海水温度、盐度和深度；
潜标接收阵，通过钢绳悬依次串连浮标(9)、电子舱接收(8)、接收线阵(6)、浮球(7)、声学释放器(10)和配重(11)而成；
定位设备，分别安装在所述目标船(2)和测量船(1)上，用于对发射、接收和被测目标位置进行定位。
4.根据权利要求3所述的海中目标声散射强度测量系统，其特征在于，所述的浮球(7)用于给所述的接收线阵(6)提供浮力，布放在预定位置，所述的声学释放器(10)用于所述的接收线阵(6)的水下释放和回收。
5.根据权利要求1所述的海中目标声散射强度测量系统，其特征在于，所述的目标船(2)仅配备有起吊缆车和控制被测目标(4)旋转的设备，所述的目标船(2)的吨位和甲板作业空间可以比所述的测量船(1)的更小。
6.一种对海中目标声散射强度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.将测量船作为第一海上移动平台安装发射系统和接收系统，并移动到平静水域；将目标船作为第二海上移动平台移动到平静水域；
步骤2.在测量船上设置风速风向传感器以监测风浪的风速与风向、设置海流计以监测海水的流速与稳定性、设置温盐深仪以监测海水的温盐深、设置定位设备；
步骤3.将由钢绳串连浮标(9)、电子舱接收(8)、接收线阵(6)、浮球(7)、声学释放器(10)和配重(11)而成的潜标接收阵，选择合适位置放入海水中作为收发分置接收点，并由测量船(1)上的定位设备(12)记录该潜标接收阵的潜标坐标；
步骤4.参考所述的潜标坐标及当地风浪流情况，根据收发合置和收发分置测试要求，确定测量船(1)和目标船(2)的位置，使所述测量船(1)的船艏、船尾和所述目标船(2)在顺流直线方向，且所述潜标接收阵位于收发分置方位，即发射-目标的连接线与目标-接收的连接线呈一定夹角；
步骤5.将测量船(1)的船艏锚住后，通过钢绳将发射阵(3)和垂直接收线阵(5)分布吊装在所述测量船(1)的船艏和船尾的海中；通过钢绳将被测目标(4)吊装在所述目标船(12)船尾的海中，该被测目标(4)装配有推进器(15)及目标运动电子控制舱(16)，所述的目标船(2)通过电缆控制被测目标(4)自转，以便测量不同方位声散射强度；所述的被测目标(4)和发射阵(3)均安装有磁罗经(13)，用于监测被测目标(4)的水平和垂直姿态，所述的垂直接收线阵(5)和潜标接收阵(6)各加以配重(11)以保持垂直姿态；对被测目标(4)、发射阵(3)和垂直接收线阵(5)的钢绳长度作深度标记，确保三者的声中心具有相同深度；
步骤6.在所述的测量船(1)的船尾甲板平台吊车处将被测目标(4)吊放入水并调整重心，将承重绳及控制电缆交接至靠近的目标船(2)，测量船(1)的牵引绳靠船边立柱借力拉住，吊车脱钩，牵引绳和承重绳缓慢放长至标记深度刻度处，牵引绳脱钩后目标船(2)携带目标远离，并调整两船的姿态；
步骤7.在所述的测量船(1)的船艏或舷侧吊放所述的垂直接收线阵(5)至指定深度，吊放发射阵(3)至指定深度，根据所述的发射阵(3)上安装的磁罗经(13),调整发射阵(3)的姿态，所述的目标船(2)悬挂被测目标(4)处以及所述的测量船(1)上发射阵(3)和垂直接收线阵(5)处均安装GPS定位器(12)，利用该三台GPS定位器(12)对三点一线位置进行校准，监测三者水下姿态稳定性，并进行功能调试；
步骤8.连接船上仪器设备，检查所述的被测目标(4)的静止姿态和回转状态是否正常，检查所述的多元发射阵(3)和垂直接收线阵(5)的垂直姿态是否正常；
步骤9.设置调频信号，利用信号源和功率放大器等发射声波，发射信号脉冲宽度覆盖目标最大长度，脉冲发射间隔至少大于混响时间的1.5倍，调整信号源输出电压幅度，掌握信号源输出电压与系统发射源级之间的转换规律，明确直达波波形不失真情况下，最高输出电压和最大发射源级之间的关系；
步骤10.利用所述的垂直接收线阵(5)和采集器的触发模式实时显示功能，观察接收信号是否正常，在海底水流以及其他干扰影响较小情况下，开展不同调频信号下目标回波信号的采集，采集的数据为垂直接收线阵(5)和潜标接收阵处目标散射声压，初步信号处理评估测量数据的可靠性，按照不同频段、不同收发分置角等试验工况，重复测量步骤，并定时测量海水的温盐深；
步骤11.所有工况测试完毕后，依次回收所述的发射阵(3)、垂直接收阵(5)、潜标接收阵(6)、被测目标(4)等水下装置并返航；
步骤12.根据采集的垂直接收线阵(5)和潜标接收阵处目标散射声压数据，按照如下方法进行信号处理得到目标声散射强度：
在接收阵同时满足发射阵和被测目标远场条件下，直达波声压级为：
SPL-20lg(L1)(1)
目标回波声压级为：
SPL-20lg(L2)-20lg(L3)+TS(2)式中，L1为发射声源与接收阵的距离，L2为发射阵(3)与被测目标(4)的距离，L3为被测目标(4)与接收阵的距离，当收发合置时，所述的接收阵取为测量船(1)上垂直接收阵(5)，当收发分置时，所述的接收阵取为潜标接收阵(6)，相应的距离根据波达时刻和GPS坐标进行估算；
采用直达波参考法计算目标声散射强度，即：基于采集数据利用时间窗截取直达波和回波数据，通过构造单频长脉冲信号作为参考信号，将直达波和回波分别与单频参考信号卷积并取包络，得到直达波与目标回波包络幅度之比为q，则目标回波声压级有如下关系式：
SPL - 20lg(L1) ＝ SPL - 20lg(L2) - 20lg(L3) + TS + 20lg(q) (3)
因此目标声散射强度TS为(4)式:
TS ＝ - 20lg(L1) + 20lg(L2) + 20lg(L3) - 20lg(q) (4)。
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