【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及声纳测量领域，主要是一种圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法。
技术介绍
1、声纳是利用声波进行水下目标探测、定位、识别等方面的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装备，各种类型的声纳已广泛装备于世界各国海军主战舰艇等，作为海军舰艇水下探测的千里眼和顺风耳，其性能的优劣、稳定性对舰艇执行反潜、侦察等任务的能力起着决定性作用。
2、圆柱形声纳又称球鼻艏声纳，指安装在下探到深于龙骨处的声纳导流罩内的声纳基阵，是海军舰艇装备的主要作战声纳之一。目前圆柱形声纳一般以多元基阵为主，具有主被动两种工作模式，声纳工作时需要通过基阵内各阵元换能器互相配合来达到波束形成性能要求，在这种情况下，阵元换能器性能的差异叠加后可能会造成声纳性能的明显变化。而声纳基阵在列装后，存在以下几个方面问题：换能器基元的性能本身会随着时间而发生变化，阵元换能器性能的变化叠加后可能会造成声纳性能的明显变化；声纳导流罩内的换能器受基阵架及导流罩内部结构的散反射影响严重；换能器之间的互耦作用，若是未能有效确定声纳设备的实际使用性能参数，必将影响声纳装备整体作战性能。
3、目前，在系泊试验及海上开展的检验工作主要是对声纳装备的功能进行定性验证，不再对声纳换能器阵元接收灵敏度性能进行在线定量校准。为此，需要研究一种圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，以贴近于实际作战环境对列装后的声纳基阵接收性能进行检测，有效确定声纳基阵换能器的实际使用性能，为声纳装备波束形成算法等技术指标实现提供准确的测量数据作为参考，保障声纳系统
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，用于解决声纳基阵实船安装后各个时期下阵元接收灵敏度一致性准确校准问题。
2、本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的。一种圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，包括以下步骤：
3、s1，获取被测圆柱形声纳相关信息及声场布置信息；
4、s2，对辅助声源的发射信号进行标定；
5、s3，获取辅助声源在不同方位发射信号时，对应被测圆柱形声纳各阵元的输出信号；
6、s4，获取辅助声源发射信号时与被测圆柱形声纳的相对方位信息；
7、s5，根据获取的被测圆柱形声纳接收信号及方位信息，计算得到各阵元对应不同频率下的输出幅度。
8、更进一步的，所述步骤s1中，获取的被测圆柱形声纳相关信息包括几何尺寸、声纳阵元模块数和阵元总数，获取的声场布置信息包括被测圆柱形声纳零位方向、声纳和发射换能器声中心入水深度、发射换能器与被测圆柱形声纳中心间距。
9、更进一步的，所述步骤s2中，辅助声源包含发射换能器、功率放大器和函数发生器，发射信号是单频脉冲、窄带脉冲噪声或自定义信号，利用标准水听器对辅助声源水下发射信号进行标定，得到发射信号声源级，要求信噪比不低于20db。
10、更进一步的，所述步骤s3中，辅助声源由测量船携带沿垂直被测舰船纵向方向直线运动，到达预定的点位后开始发射信号，采用多通道数据记录仪采集记录被测圆柱形声纳各阵元输出电压信号。
11、更进一步的，所述步骤s4中，发射换能器与被测圆柱形声纳基阵中心的距离采用水下同步声应答器或差分gps测距方式进行获取。
12、更进一步的，所述步骤s5中，被测圆柱形声纳阵元对应不同频率下的输出幅度计算包含两个过程，一个过程是运用圆弧距离修正法将被测圆柱形声纳阵元输出换算到同一等效圆弧面：
13、
14、其中，ps为等效圆弧面处的声压，单位为pa；θ为发射换能器与被测圆柱形声纳艏端夹角；r(ij,θ)为第i个声纳模块中第j个阵元与发射换能器等效声中心间距，单位为m；p(ij,θ)为第i个声纳模块中第j个阵元接收声压，单位为pa；l为被测圆柱形声纳的半径，单位为m；rθ为被测圆柱形声纳等效声中心与发射换能器等效声中心间距，单位为m；d为等效圆弧面与发射换能器等效声中心间距，单位为m；
15、考虑阵元接收灵敏度，则阵元开路输出端电压表示为：
16、
17、其中，θ为发射换能器与被测圆柱形声纳艏端夹角；u(ij,θ)为第i个声纳模块中第j个阵元开路输出端电压，单位为v；mij为第i个声纳模块中第j个阵元接收灵敏度，单位为v/pa；
18、第二个过程就是运用循环叠加平均法对被测圆柱形声纳阵元在不同测试夹角下的输出电压值进行处理，：
19、
20、其中，θ'、θ”和θ”'为发射换能器与被测圆柱形声纳艏端夹角；为第i个声纳模块中第j个阵元输出均值，单位为v。
21、更进一步的，所述步骤s5中，发射换能器在一个方位发射信号时能覆盖被测圆柱形声纳多个阵元，对相邻方位下的同一声纳阵元信号进行能量平均，将该平均值作为对应声纳阵元接收性能的最终校准结果。
22、本专利技术的有益效果为：在水下标准声源的配合下，利用循环叠加平均法和圆弧距离修正法结合实现了圆柱形声纳装备在实船列装后的阵元接收灵敏度一致性原位校准，是一种贴近于实际作战环境下的声纳基阵性能校准方法，为未来声纳装备实船原位校准提供了一种思路。其中，循环叠加法能很好的平滑基阵架及导流罩内部结构声散反射的影响，提高校准效率，应用圆弧距离修正法则降低了实际校准过程的操作难度。
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1.一种圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，其特征在于：所述步骤S1中，获取的被测圆柱形声纳相关信息包括几何尺寸、声纳阵元模块数和阵元总数，获取的声场布置信息包括被测圆柱形声纳零位方向、声纳和发射换能器声中心入水深度、发射换能器与被测圆柱形声纳中心间距。
3.根据权利要求2所述的圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，其特征在于：所述步骤S2中，辅助声源包含发射换能器、功率放大器和函数发生器，发射信号是单频脉冲、窄带脉冲噪声或自定义信号，利用标准水听器对辅助声源水下发射信号进行标定，得到发射信号声源级，要求信噪比不低于20dB。
4.根据权利要求3所述的圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，其特征在于：所述步骤S3中，辅助声源由测量船携带沿垂直被测舰船纵向方向直线运动，到达预定的点位后开始发射信号，采用多通道数据记录仪采集记录被测圆柱形声纳各阵元输出电压信号。
5.根据权利要求4所述的圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校
6.根据权利要求5所述的圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，其特征在于：所述步骤S5中，被测圆柱形声纳阵元对应不同频率下的输出幅度计算包含两个过程，一个过程是运用圆弧距离修正法将被测圆柱形声纳阵元输出换算到同一等效圆弧面：
7.根据权利要求1所述的圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，其特征在于：所述步骤S5中，发射换能器在一个方位发射信号时能覆盖被测圆柱形声纳多个阵元，对相邻方位下的同一声纳阵元信号进行能量平均，将该平均值作为对应声纳阵元接收性能的最终校准结果。
...【技术特征摘要】
1.一种圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，其特征在于：所述步骤s1中，获取的被测圆柱形声纳相关信息包括几何尺寸、声纳阵元模块数和阵元总数，获取的声场布置信息包括被测圆柱形声纳零位方向、声纳和发射换能器声中心入水深度、发射换能器与被测圆柱形声纳中心间距。
3.根据权利要求2所述的圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，其特征在于：所述步骤s2中，辅助声源包含发射换能器、功率放大器和函数发生器，发射信号是单频脉冲、窄带脉冲噪声或自定义信号，利用标准水听器对辅助声源水下发射信号进行标定，得到发射信号声源级，要求信噪比不低于20db。
4.根据权利要求3所述的圆柱形声纳阵元接收灵敏度一致性原位校准方法，其特征在于：所述步骤s3中，辅助声源由测量船携带沿垂直被测舰船纵向...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉财，梁丽辉，刘森，易文胜，叶腾飞，冯志维，卢普悦，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：
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