[发明专利]一种基于相位差的水声声速测量方法

权利要求书

1.一种基于相位差的水声声速测量方法，其特征在于包括以下步骤：

①将发射换能器和接收换能器间隔置于被测海水，将所述的发射换能器和所述的接收换能器之间的间距记为d，其中10cm≤d≤20cm；

②利用信号发生器生成频率为f₀的正弦波信号，f₀＝1MHz，将该正弦波信号记为se(t)，其中t为时域时间；

③通过功率放大器将该正弦波信号的功率放大4～8倍后得到驱动信号，将该驱动信号记为s(t)；

④将该驱动信号s(t)通过衰减电路进行衰减，衰减倍数为8～16，得到预采样发射信号，将该预采样发射信号记为x₁(t)；并采用该驱动信号s(t)驱动所述的发射换能器，所述的发射换能器发射出声波信号，所述的接收换能器接收该声波信号并将该声波信号转换为接收电信号，将所述的接收电信号先放大4-8倍后再通过滤波处理，得到预采样接收信号，将预采样接收信号记为x₂(t)；

⑤采用双路AD采样模块分别对预采样发射信号x₁(t)和预采样接收信号x₂(t)进行采集，双路AD采样模块的采样频率为f_s,20MHz≤f_s≤80MHz，将对预采样发射信号x₁(t)进行采样得到的离散采样序列记为x₁(n)，对预采样接收信号x₂(t)进行采样得到的离散采样序列记为x₂(n)，n为离散序列号，n＝0,1,2,3,…,N-1，N为大于等于2000且小于等于2500的整数；

⑥将离散采样序列x₁(n)与离散采样序列x₂(n)进行互谱处理，将离散采样序列x₁(n)的频谱记为X₁(k)，将离散采样序列x₂(n)的频谱记为X₂(k)，离散采样序列x₁(n)和离散采样序列x₂(n)的互谱记为Y(k)，k为离散采样序列x₁(n)和离散采样序列x₂(n)频域的序列号，k＝0，1，2，3，…，N′-1，其中N′为参与FFT运算的离散采样序列的点数，N′的取值为128或256；具体过程为：

⑥-1分别采用FFT运算计算得到离散采样序列x₁(n)的频谱X₁(k)和离散采样序列x₂(n)的频谱X₂(k)；

⑥-2采用公式计算得到x₁(n)和x₂(n)的互谱Y(k)，其中为X₁(k)的共轭复数序列，符号*为共轭运算符，符号×为内积运算符；

⑦计算互谱Y(k)在频点f₀处的相位角具体过程为：

⑦-1设定一中间参数，将其记为k₀，采用公式k₀＝[f₀/f_s(N'-1)]计算互谱Y(k)中频点f₀对应的k₀，符号“[]”为取整运算符，符号/为除运算符；

⑦-2采用反正切函数求解相位角φ₀，即Im(Y(k₀))为Y(k₀)的虚部，Re(Y(k₀))为Y(k₀)的实部；

⑧计算声波信号传播的整周期数M，具体过程为：

⑧-1将离散采样序列x₁(n)和离散采样序列x₂(n)的互相关函数记为R(r),并采用公式计算得到对应的互相关函数值，L为大于等于100且小于等于200的整数，r＝0，1，2，3，…，N-L；

⑧-2将步骤⑧-1中计算得到的互相关函数值最大的互相关函数记为R(q)，q为大于等于0且小于等于N-L的整数；

⑧-3根据公式M＝[qf₀/f_s]计算得到M，符号“[]”为取整运算符，符号/为除运算符；

⑨将声波信号经过距离d的时间记为T，采用公式计算得到T；

⑩将水声声速记为c，采用公式c＝d/T计算得到声速c。