一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法技术

一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法，包括以下步骤：1)采集探查信号；2)生成时反发射信号；3)测量电流及电压信号；4)计算发送响应；5)修正发送响应。本发明专利技术基于声波动方程的时间反转不变性原理，并通过水声互易性原理实现标准水听器处接收信号的空时聚焦，从而在有限空间发射器发送响应测量中，达到抑制混响的目的，可解决有限空间强混响背景下发射器发送响应测量的难点问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水声发射器电声参数测量领域，具体涉及一种非自由场环境下，水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法。
技术介绍
水声发射器是把电能转换成声能的器件，是实现水下目标探测、成像、通信等各种工程应用和学术研究的最基础和最重要的组成部分，在水声工程中起着关键的作用。随着海洋开发的深入，对水声发射器的工作性能提出了越来越高的要求，如传播距离更远、工作深度更深等，为了确保水声发射器的工作性能以及量值传递的需要,必须对其电声参数进行校准。目前，大多数用于换发射器性能评估的校准方法在自由场远场条件下进行。然而，低频情情况下受消声水池吸声性能下降影响，使测量时水听器记录的混响增强；而对于深水发射器，具备高压测试条件的压力罐通常难以进行消声，或消声不完全，致使测量中同样存在混响多径干扰的问题。因此，在低频或高压条件下，均不具备自由场远场测量条件，现有的水声发射器电声参数方法无法适用。
技术实现思路
发送响应是表征水声发射器性能的重要指标，本专利技术要解决现有技术测量发送响应时面临的上述缺点，提供一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法。时间反转(时反)原理根据波动方程解的时反不变性及收发互易性，通过把某一声源的接收信号在同一信道时反后发射，可实现该发射信号在接收位置处的空间和时间聚焦，即空间上多径声波聚焦于接收水听器处，时间上这些到达的多径声波将同相位叠加(时域聚焦)，聚焦后的信号为原发射信号的时间反转形式。由于在一个时不变的声场中，波动方程解的时反不变性和收发互易性成立，因此时反聚焦是一个时不变声场的固有特性。本专利技术的目的是利用时反的空时聚焦特性使测量接收信号压缩成原发射信号的时反形式，从而抑制非自由场环境下混响对测量的影响，使测量方法可应用于评估低频或深水发射器的发送响应测量。考虑到本测量方法为非自由场测量，其测量结果与传统的自由场测量方法不同，若测量结果与传统的测量方法所得的结果进行横向比较，则需对本方法的测量结果进行修正，本专利技术提出了修正方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法，所述发送响应测量方法包括以下步骤：1)采集探查信号：首先，根据所需测量的频率范围，由信号发生器生成所需发射的信号(如窄带脉冲余弦信号)，经D/A变换及功率放大后激励发射器，发射器发射声波，位于其声轴方向远场中的标准水听器接收声波，并经数字信号采集系统采集存储于控制计算机。2)生成时反发射信号：利用计算机对接收信号进行幅度归一化及时间反转，生成时反发射信号。3)测量电流及电压信号：保持步骤1)中的发射器和标准水听器位置不变，利用控制计算机再次发射由2)产生的时反发射信号，经D/A变换及功率放大后激励发射器，发射器再次发射声波，标准水听器再次接收声波，测得水听器开路电压有效值，同时通过电流电压取样器测量通过被测发射器的有效电流以及施加在被测发射器两端的有效电压。4)计算发送响应：利用步骤3)测量得到的数据，计算发射器发送电流响应以及发送电压响应。5)修正发送响应：为使本专利技术所测的发送响应值与传统的自由场方法测量结果一致，重复步骤3)和4)，利用标准发射器数据通过比较法修正步骤4)得到的发送响应测量值。本专利技术的技术构思为：利用发射器发射探查信号，水听器接收经水声信道传播的信号，获取发射器到水听器位置处的信道响应，并通过时间反转和幅度归一化，生成时反发射信号；然后发射器再次发射所生成的时反发射信号，则根据声传播的时反互易性原理，该发射信号可在水听器位置处实现空时聚焦，从而降低测量环境边界导致的混响对水听器测量信号的影响，最后通过标准发射器修正非自由场发送响应测量值。与现有的发射器自由场发送响应测量方法相比，本专利技术的技术优势主要表现在：基于时反聚焦的测量技术可抑制混响，降低混响对测量信号的干扰，可解决有限空间强混响背景下发射器发送响应测量的难点问题。附图说明图1是本专利技术的各测量仪器连接及时反空时聚焦示意图，其中S1、S2和S3表示声线的水底反射、直达及水面反射路径，d表示标准水听器与发射器声中心的距离。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1，一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法，用于水下声学发射器发送响应的测试。整套测量方法的实施方式如下：1)采集探查信号首先，根据所需测量的频率范围，由测量系统生成所需发射的信号，如宽带线性调频信号或窄带的脉冲余弦信号。然后，将标准水听器置于发射器声轴距离d(单位m，以发射器声中心为距离起始点，满足远场条件)处，如图1所示，信号经计算机系统控制并经D/A变换及功率放大器由发射器发射探查信号，水听器记录经测试环境传播的发射信号。2)生成时反发射信号接收信号经滤波、前置放大以及A/D变换，存储于计算机系统；利用计算机对数字接收信号进行截取，并进行幅度归一化及时间反转，生成时反发射信号。3)测量电流及电压信号如图1所示，保持步骤1)中的发射器和标准水听器位置不变，利用控制计算机再次发射由2)产生的时反发射信号，经D/A变换及功率放大后激励发射器，发射器再次发射声波，则根据时反原理，发射信号在水听器处产生空时聚焦，该聚焦信号为原发射信号的时间反转形式，此时标准水听器再次接收声波，并经数字信号采集系统采集存储于控制计算机，计算水听器开路电压有效值UOC(单位V)，同时通过电流电压取样器，测量通过发射器的有效电流IX(单位A)以及施加在被测发射器两端的有效电压UX(单位V)。4)计算发送响应利用步骤3)测量得到的数据，计算发射器发送电流响应为SXITR=UOCIX×dM]]>以及发送电压响应为SXVTR=UOCUX×dM,]]>式中M为测量水听器的灵敏度(单位V/Pa)。5)修正发送响应由于界面反射的存在，若要使上述发送响应测量结果与自由场情况相一致，则需对测量结果进行修正。将待测发射器换成标准发射器，重复步骤3)和4)，计算得到利用时反聚焦方法测量得到的标准发射器电流响应以及电压响应则修正后的待测发射器电流响应为SXI=SSI×(SXITR/SSITR),]]>式中SSI为标准发射器自由场电流响应；修正后的待测发射器电压响应为SXV=SSV×(SXVTR/SSVTR),]]>式中SSV为标准发射器自由场电压响应。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法，所述测量方法包括如下步骤：1)采集探查信号：首先，根据所需测量的频率范围，由信号发生器生成所需发射的信号，经D/A变换及功率放大后激励发射器，发射器发射声波，位于其声轴方向远场中的标准水听器接收声波，并经数字信号采集系统采集存储于控制计算机；2)生成时反发射信号：接收信号经滤波、前置放大以及A/D变换，存储于计算机系统；利用计算机对数字接收信号进行截取，并进行幅度归一化及时间反转，生成时反发射信号；3)测量电流及电压信号：保持步骤1)中的发射器和标准水听器位置不变，利用控制计算机再次发射由2)产生的时反发射信号，经D/A变换及功率放大后激励发射器，发射器再次发射声波，标准水听器再次接收声波，并经数字信号采集系统采集存储于控制计算机，计算水听器开路电压有效值UOC，单位V，同时通过电流电压取样器，测量通过发射器的有效电流IX，单位A，以及施加在被测发射器两端的有效电压UX，单位V；4)计算发送响应：利用步骤3)测量得到的数据，计算发射器发送电流响应为发送电压响应为式中M为测量水听器的灵敏度，单位V/Pa，d为标准水听器与发射器声中心的距离，单位m；5)修正发送响应：为使本专利技术所测发送响应的结果与传统的自由场方法测量结果一致，将待测发射器换成标准发射器，重复步骤3)和4)，计算得到利用时反聚焦方法测量得到的标准发射器电流响应以及电压响应则修正后的待测发射器电流响应为式中SSI为标准发射器自由场电流响应；修正后的待测发射器电压响应为式中SSV为标准发射器自由场电压响应。...

【技术特征摘要】
1.一种水声发射器发送响应时间反转聚焦测量方法，所述测量方法包括如下
步骤：
1)采集探查信号：首先，根据所需测量的频率范围，由信号发生器生成所需发射
的信号，经D/A变换及功率放大后激励发射器，发射器发射声波，位于其声轴方
向远场中的标准水听器接收声波，并经数字信号采集系统采集存储于控制计算机；
2)生成时反发射信号：接收信号经滤波、前置放大以及A/D变换，存储于计算
机系统；利用计算机对数字接收信号进行截取，并进行幅度归一化及时间反转，
生成时反发射信号；
3)测量电流及电压信号：保持步骤1)中的发射器和标准水听器位置不变，利用
控制计算机再次发射由2)产生的时反发射信号，经D/A变换及功率放大后激励
发射器，发射器再次发射声波，标准水听器再次接收声波，并经数字信号采集系
统采集存储于控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建龙，徐文，吴秋韵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33