一种基于多通道空时逆滤波技术的声学覆盖层回声降低测量方法，包括以下步骤：1)单通道空时逆滤波发射信号的生成；2)多通道空时逆滤波发射信号的生成；3)试样回波信号及入射信号的采集；4)回声降低测量值的计算。本发明专利技术通过电路信道和水声信道的求逆以及多路求逆信号的同步发射，可实现测量信号的空间聚焦及时域脉冲压缩，达到抑制混响、分离直达波和多层试样多次回波的目的。
【技术实现步骤摘要】
水下声学覆盖层是水声工程中使用广泛且至关重要的水下部件，为评估声学覆盖 层试样的回声降低性能，实验室条件下大件样品的回声降低测量是一种重要的手段，本发 明涉及一种水下声学覆盖层大样回声降低的测量方法。
技术介绍
声学覆盖层概念于2010年提出，指敷设在水下部件上的专用功能声学材料与结 构，主要由消声瓦、隔声瓦、抑振瓦、去耦瓦、阵列消音器等具有不同声学功能的系列产品综 合组成的声学防护体系。声学覆盖层一方面可吸收主动探测声波，降低水下结构的声目标 强度，另一方面可作为抑制结构自身辐射噪声的材料。 回声信号的强弱与目标的反射特性密切相关，它是衡量水下声学覆盖层吸声性能 的重要指标，工程上用"目标强度"来描述目标声反射本领的大小。有限空间近场条件下，无 法直接测量试样的目标强度，但可在相同的入射声波条件下，通过测量敷设声学覆盖层前/ 后模型回声的变化量（即回声降低）来衡量声学覆盖层对模型目标强度的抑制效果。现有 的声学覆盖层回声降低的测量方法主要用于自由场环境下单壳体模型回声降低的测量。在 低频情况下，由于测量环境四周的吸声材料无法完全吸收声波，因此无法形成自由场环境， 测量信号受混响干扰严重，导致测量误差增大。此外，对于双壳体模型，通常需分别评估每 一层试样的回声性能及综合吸声性能，因此不但须对直达波和回波进行分离，还须对各层 回波进行分离，对回波信号窄脉宽具有很高的要求。
技术实现思路
本专利技术要克服现有技术的上述缺点，为实现低频、有限空间条件下，声学覆盖层大 样回声降低测量中试样回波之间的分离、回波与直达波的分离及回波与混响的分离，本发 明提出一种基于多通道空时逆滤波技术的声学覆盖层大样回声降低测量方法，通过多通道 空时逆滤波，实现发射信号在试样处的空间聚焦和时域脉冲聚焦，从而达到聚焦入射及回 波分离的目的。 本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下。 -种，所述测量方法 包括如下步骤： 1)生成单通道空时逆滤波发射信号：无试样情况下，换能器阵的每一换能器依次 发射初始信号，水听器依次接收信号，利用最小二乘方法求逆计算及最小相位系统的转化， 获得单通道逆滤波发射信号； 2)生成多通道空时逆滤波发射信号：按照步骤1)，利用每一通道对应的水听器接 收信号，依次求得每一通道对应的逆滤波发射信号，根据换能器发射信号的时延间隔，对每 一通道对应的逆滤波发射信号进行时延取齐，生成多通道空时逆滤波发射信号； 3)试样回波信号及入射信号的采集：将敷设声学覆盖层的试样放入测试环境，换 能器发射多通道空时逆滤波信号，则根据空时逆滤波原理，发射信号在水听器处产生空间 聚焦且时域为尖脉冲波形，水听器记录试样的入射信号Pl&经附近试样反射的回波信号 Pr; 4)回声降低测量值的计算：利用回声降低的计算公式可得 其中Er表示回声降低值。 本专利技术的技术构思为：通过初始导引信号发射及水听器接收，得到包含电路信道 和水声信道信息的接收信号，通过空间逆滤波技术，获得换能器阵每一阵元的发射信号，经 阵发射，获得接收水听器处空间聚焦且时域为脉冲形式的信号，从而实现空间聚焦及时域 脉冲压缩，达到抑制混响、分离直达波和多层试样多次回波的目的。 与现有的回声降低测量方法相比，本专利技术的技术优势主要表现在： 1)利用逆滤波技术对包括电路信道和水声信道的整个信号传递信道进行求逆计 算获取发射信号，实现入射信号的时域脉冲压缩，有利于多径信号的分离以及低频区域回 声降低的测量。 2)利用多通道信号的同步发射，提高入射波主瓣分辨率，减少试样边界回波对测 量结果的影响，同时亦可增加测量参数的空间分辨率，降低对试样尺寸及测试空间的要求。 3)由于空时逆滤波技术在非均匀介质环境下同样成立，因此，可消除测试环境水 体内部机构对测量信号的影响。【附图说明】 图1是本专利技术方法的测量系统整体示意图。 图2是内部为空气的封闭试样回声降低理论值（全反射）与实验值对比图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步描述。 参照图1~图2, 一种基于多通道空时逆滤波技术的声学覆盖层回声降低测量方 法，用于有限空间声学覆盖层大样回声降低的测量。整套测量方法的技术方案如下： 1)生成单通道空时逆滤波发射信号 11)首先，利用最小二乘算法估计信道响应。水声信道时域传输函数可以用下式表 示 其中δ (·)表示狄拉克函数，该函数在除了零以外的点取值都等于零，t表示时 间序列，M表示多径总数，&1、匕、τ 别是第i条路径信号的衰落因子、多普勒频率和多径 时延； 根据最小二乘原理，定义代价函数 P(g) = (y-XFg)H(y-XFg) 其中g表示信道响应g(t)离散幅度组成的向量，上标H表示共辄转置，y是离散 输出信号组成的向量 y = [y0, Y1, ···, yN Jt 其中}^表不第η个输出信号呙散值，η = 0, I,…，N-l，N表不信号呙散值的数量， 上标T表示向量转置；代价函数P(g)中的F是傅里叶变换矩阵， 其中k = 0, 1，…，N-l，j表示虚数单位；代价函数P(g)中的X 是由离散输入信号组成的对角矩阵，即 X = diag 其中乂11表不第η个输入信号离散值； 为求P (g)的最小值，令其对g的偏导数等于零，BP 得到信道响应 12)得到信道响应后，下一步为通过求解逆滤波器获得空时逆滤波发射信号；设 逆滤波器为I (t)，换能器发射信号为δ (t)，则水听器接收信号可表示为 其中= 尤砂):，匕。+1表示第_1q+L时刻的逆滤波系数，τ表示逆滤...
【技术保护点】
基于多通道空时逆滤波技术的声学覆盖层回声降低测量方法，包括以下步骤：1)生成单通道空时逆滤波发射信号：无试样情况下，换能器阵的每一换能器依次发射初始信号，水听器依次接收信号，利用最小二乘方法求逆计算及最小相位系统的转化，获得单通道逆滤波发射信号；2)生成多通道空时逆滤波发射信号：按照步骤1)，利用每一通道对应的水听器接收信号，依次求得每一通道对应的逆滤波发射信号，根据换能器发射信号的时延间隔，对每一通道对应的逆滤波发射信号进行时延取齐，生成多通道空时逆滤波发射信号；3)试样回波信号及入射信号的采集：将敷设声学覆盖层的试样放入测试环境，换能器发射多通道空时逆滤波信号，则根据空时逆滤波原理，发射信号在水听器处产生空间聚焦且时域为尖脉冲波形，水听器记录试样的入射信号pi及经附近试样反射的回波信号pr；4)回声降低测量值的计算：利用回声降低的计算公式可得其中Er表示回声降低值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李建龙，肖甫，李素旋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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