一种固-液/液-固分层介质的目标定位方法技术

本发明专利技术公开了一种固‑液/液‑固分层介质的目标定位方法；所述方法包括：根据发射阵元发射的声脉冲经分层界面到达目标的旅行时和目标散射到达接收阵元的旅行时计算旅行时差T；接收阵元提前T发射逆向声束，使得发射阵元到目标正向接收的旅行时等于逆向接收的旅行时，在空间中的每一个点对上将发射阵元到各个接收阵元的信号进行卷积叠加，得到每种目标散射信号的山峰状声场分布，叠加后得到总声场分布；其最大值对应的点为目标的位置。本发明专利技术的方法可以将多个信号进行区分，并且抑制界面信号的干扰，对于固‑液/液‑固分层介质能够实现目标的检测与定位。

A Target Location Method for Solid-liquid/liquid-solid Stratified Media

The invention discloses a target location method for solid-liquid/liquid-solid layered media; the method includes: calculating travel time difference T according to the travel time of acoustic pulse emitted by transmitting element to the target through layered interface and the travel time of target scattering to the receiving element; transmitting reverse sound beam ahead of time by receiving element, so that the travel time of transmitting element to the forward receiving of the target is equal to the reverse connection. When receiving travels, the signals from transmitting elements to receiving elements are convoluted and superposed at each point in space, and the peak sound field distribution of each target scattering signal is obtained. After superposition, the total sound field distribution is obtained; the maximum corresponding point is the target position. The method of the invention can distinguish multiple signals and suppress the interference of interface signals, and can realize target detection and location for solid-liquid/liquid-solid layered media.

【技术实现步骤摘要】
一种固-液/液-固分层介质的目标定位方法
本专利技术涉及介质分层的缺陷检测领域，特别涉及时间反转和逆时偏移混合法用于固-液的分层介质的缺陷检测与定位，具体涉及一种固-液/液-固分层介质的缺陷的定位方法。
技术介绍
分层结构在军用和民用领域中的使用非常广泛，为防止事故的发生，其中的目标或缺陷必须进行检测。目前已经完成了时间反转和逆时偏移混合法用于液体与液体分层界面中的目标或缺陷的检测与定位的研究，该方法能有效地抑制液体分层界面的反射波。由于固体与液体不同，存在着P波与S波，从而使上述方法较为复杂，不再适用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：通过对不同波形信号的处理得到不同的声场，对含有固体分层介质中的缺陷进行检测与定位。为了检验四种波形的定位准确性，可以将得到的声场对目标的位置可以进行互相的验证，并且通过不同声场的叠加的总声场来实现精确的定位。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种固-液/液-固分层介质的目标定位方法；所述方法包括：根据发射阵元发射的声脉冲经分层界面到达目标的旅行时和目标散射到达接收阵元的旅行时计算旅行时差T；接收阵元提前T发射逆向声束，使得发射阵元到目标正向接收的旅行时等于逆向接收的旅行时，在空间中的每一个点对上将发射阵元到各个接收阵元的信号进行卷积叠加，得到每种目标散射信号的山峰状声场分布，叠加后得到总声场分布；其最大值对应的点为目标的位置。作为上述方法的一种改进，当分层介质为固-液时，所述方法具体包括：步骤1)换能器的1个发射阵元发射一个声脉冲，接收阵元接收声脉冲经过固-液分层介质的四个反射信号以及声脉冲经过目标散射的散射信号；所述反射信号包括PP信号、PS信号、SP信号和SS信号；所述散射信号包括：SPS信号，PPS信号，SPP信号和PPP信号；步骤2)将接收阵元接收到的每种散射信号进行时间反转处理后形成逆向声束，提前一个旅行时差将逆向声速发射出去；在发出逆向声束后的一个旅行时差之后，再利用发射阵元发射一个前向声束，步骤3)对于每对发射阵元和接收阵元；执行步骤1)至步骤2)，在空间中的每一个点对上对所述散射信号的前向声束和逆向声束分别进行卷积操作得到声场值，形成四个山峰状声场分布；步骤4)将四个山峰状声场分布进行叠加得到总声场分布，总声场分布中最大值对应的点为目标的位置。作为上述方法的一种改进，所述步骤2)具体包括：步骤2-1)接收阵元j发射的接收信号经过时间反转后的逆向声束分别为：SPS信号的逆向声束Rjss(t)为：PPS信号的逆向声束Rjps(t)为：SPP信号的逆向声束Rjsp(t)为：PPP信号的逆向声束Rjpp(t)为：其中，1≤j≤n，n为接收阵元的总数；a1j1,a1j2,a1j3,a1j4分别是PP信号，PS信号，SP信号，SS信号的界面反射系数，每个反射信号的旅行时分别是b1j1,b1j2,b1j3,b1j4分别为是SPS信号，PPS信号，SPP信号，PPP信号的散射系数；是发射阵元发射的信号经过界面到达目标的四种散射信号所用的旅行时；是从目标到接收阵元j的四种散射信号所需的旅行时；SPS信号，PPS信号，SPP信号，PPP信号的旅行时差分别为：步骤2-2)发射阵元发射的前向声束分别为：SPS信号的前向声束Fss(t)为：PPS信号的前向声束Fps(t)为：SPP信号的前向声束Fsp(t)为：PPP信号的前向声束Fpp(t)为：作为上述方法的一种改进，所述声场值的计算过程为：SPS信号的声场值：其中，(x,z)为空间中任一点的坐标，Fss(x,z,t)为Fss(t)在(x,z)的表达式；Rjss(x,z,t)为Rjss(t)在(x,z)的表达式；PPS信号的声场值：其中，Fps(x,z,t)为Fps(t)在(x,z)的表达式；Rjps(x,z,t)为Rjps(t)在(x,z)的表达式；SPP信号的声场值：其中，Fsp(x,z,t)为Fsp(t)在(x,z)的表达式；Rjsp(x,z,t)为Rjsp(t)在(x,z)的表达式；PPP信号的声场值：其中，Fpp(x,z,t)为Fpp(t)在(x,z)的表达式；Rjpp(x,z,t)为Rjpp(t)在(x,z)的表达式。作为上述方法的一种改进，当分层介质为液-固时，所述方法具体包括：步骤1′)换能器的1个发射阵元发射一个声脉冲，接收阵元接收声脉冲经过液-固分层介质的反射信号以及声脉冲经过目标散射的散射信号；所述反射信号包括PP信号；所述散射信号包括：PSS信号、PPS信号、PSP信号和PPP信号；步骤2′)将接收阵元接收到的每种散射信号进行时间反转处理后形成逆向声束，提前一个旅行时差将逆向声速发射出去；在发出逆向声束后的一个旅行时差之后，再利用发射阵元发射一个前向声束，步骤3′)对于每对发射阵元和接收阵元；执行步骤1)至步骤2)，在空间中的每一个点对上对四种散射信号的前向声束和逆向声束进行卷积操作得到声场值，形成四个山峰状声场分布；步骤4′)将四个山峰状声场分布进行叠加得到总声场分布，总声场分布中最大值对应的点为目标的位置。作为上述方法的一种改进，所述步骤2′)具体包括：步骤2-1′)接收阵元j发射的接收信号经过时间反转后的逆向声束分别为：PSS信号的逆向声束R′jss(t)为：PPS信号的逆向声束R′jps(t)为：PSP信号的逆向声束R′jsp(t)为：PPP信号的逆向声束Rjpp(t)为：P′r(t)＝a′1j1f(t-t′1jR1)其中，a′1j1分别是PP信号的界面反射系数，该反射信号的旅行时分别是b′1j1,b′1j2,b′1j3,b′1j4分别为是PSS信号，PPS信号，PSP信号，PPP信号的散射系数；是发射阵元发射的信号经过界面到达目标的四种散射信号所用的旅行时；是从目标到接收阵元j的四种散射信号所需的旅行时；PSS信号，PPS信号，PSP信号，PPP信号的旅行时差分别为：步骤2-2′)发射阵元发射的前向声束分别为：PSS信号的前向声束F′ss(t)为：PPS信号的前向声束F′ps(t)为：PSP信号的前向声束F′sp(t)为：PPP信号的前向声束F′pp(t)为：作为上述方法的一种改进，所述声场值的计算过程为：PSS信号的声场值：其中，(x,z)为空间中任一点的坐标，Fss′(x,z,t)为F′ss(t)在(x,z)的表达式；R′jss(x,z,t)为R′jss(t)在(x,z)的表达式；PPS信号的声场值：其中，F′ps(x,z,t)为Fp′s(t)在(x,z)的表达式；R′jps(x,z,t)为R′jps(t)在(x,z)的表达式；PSP信号的声场值：其中，F′sp(x,z,t)为F′sp(t)在(x,z)的表达式；R′jsp(x,z,t)为R′jsp(t)在(x,z)的表达式；PPP信号的声场值：其中，F′pp(x,z,t)为F′pp(t)在(x,z)的表达式；R′jpp(x,z,t)为R′jpp(t)在(x,z)的表达式。本专利技术的优势在于：1、本专利技术的方法对于不同的接收信号，建立了声场，并通过4种散射声场以其叠加的总声场互相验证了目标点位置的准确性；2、本专利技术的方法可以将多个信号进行区分，并且抑制界面信号的干扰，对于固-液/液-固分层介质能够实现目标的检测与定位；3、通过本专利技术的方法，只本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固‑液/液‑固分层介质的目标定位方法；所述方法包括：根据发射阵元发射的声脉冲经分层界面到达目标的旅行时和目标散射到达接收阵元的旅行时计算旅行时差T；接收阵元提前T发射逆向声束，使得发射阵元到目标正向接收的旅行时等于逆向接收的旅行时，在空间中的每一个点对上将发射阵元到各个接收阵元的信号进行卷积叠加，得到每种目标散射信号的山峰状声场分布，叠加后得到总声场分布；其最大值对应的点为目标的位置。

【技术特征摘要】
1.一种固-液/液-固分层介质的目标定位方法；所述方法包括：根据发射阵元发射的声脉冲经分层界面到达目标的旅行时和目标散射到达接收阵元的旅行时计算旅行时差T；接收阵元提前T发射逆向声束，使得发射阵元到目标正向接收的旅行时等于逆向接收的旅行时，在空间中的每一个点对上将发射阵元到各个接收阵元的信号进行卷积叠加，得到每种目标散射信号的山峰状声场分布，叠加后得到总声场分布；其最大值对应的点为目标的位置。2.根据权利要求1所述的固-液/液-固分层介质的目标定位方法，其特征在于，当分层介质为固-液时，所述方法具体包括：步骤1)换能器的1个发射阵元发射一个声脉冲，接收阵元接收声脉冲经过固-液分层介质的四个反射信号以及声脉冲经过目标散射的散射信号；所述反射信号包括PP信号、PS信号、SP信号和SS信号；所述散射信号包括：SPS信号，PPS信号，SPP信号和PPP信号；步骤2)将接收阵元接收到的每种散射信号进行时间反转处理后形成逆向声束，提前一个旅行时差将逆向声速发射出去；在发出逆向声束后的一个旅行时差之后，再利用发射阵元发射一个前向声束，步骤3)对于每对发射阵元和接收阵元；执行步骤1)至步骤2)，在空间中的每一个点对上对所述散射信号的前向声束和逆向声束分别进行卷积操作得到声场值，形成四个山峰状声场分布；步骤4)将四个山峰状声场分布进行叠加得到总声场分布，总声场分布中最大值对应的点为目标的位置。3.根据权利要求2所述的固-液/液-固分层介质的目标定位方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：步骤2-1)接收阵元j发射的接收信号经过时间反转后的逆向声束分别为：SPS信号的逆向声束Rjss(t)为：PPS信号的逆向声束Rjps(t)为：SPP信号的逆向声束Rjsp(t)为：PPP信号的逆向声束Rjpp(t)为：其中，1≤j≤n，n为接收阵元的总数；a1j1,a1j2,a1j3,a1j4分别是PP信号，PS信号，SP信号，SS信号的界面反射系数，每个反射信号的旅行时分别是b1j1,b1j2,b1j3,b1j4分别为是SPS信号，PPS信号，SPP信号，PPP信号的散射系数；是发射阵元发射的信号经过界面到达目标的四种散射信号所用的旅行时；是从目标到接收阵元j的四种散射信号所需的旅行时；SPS信号，PPS信号，SPP信号，PPP信号的旅行时差分别为：步骤2-2)发射阵元发射的前向声束分别为：SPS信号的前向声束Fss(t)为：PPS信号的前向声束Fps(t)为：SPP信号的前向声束Fsp(t)为：PPP信号的前向声束Fpp(t)为：4.根据权利要求3所述的固-液/液-固分层介质的目标定位方法，其特征在于，所述声场值的计算过程为：SPS信号的声场值：其中，(x,z)为空间中任一点的坐标，Fss(x,z,t)为Fss(t)在(x,z)的表达式；Rjss(x,z,t)为Rjss(t)在(x,z)的表达式；PPS信号的声场值：其中，Fps(x,z,t)为Fps(t)在(x,z)的表达式；Rjps(x,z,t)为Rjps(t)在(x,z)的表达式；SPP信号的声场值：其中，Fsp(x,z,t)为Fsp...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红娟，汪承灏，高翔，马军，王文，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11