[发明专利]一种基于相位差的水声声速测量方法

说明书

本发明公开了一种基于相位差的水声声速测量方法，通过采用双路AD采样模块同步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，得到两路离散采样序列x₁(n)和x₂(n)，然后两路离散采样序列x₁(n)和x₂(n)做互谱处理及互相关计算，将对声波信号在距离d内传播时间的测量分解成单周期内的相位差及整周期数之和，由此提高单周期内的相位差的计算精度就可以声波信号传播时间的测量精度；优点是通过精确计算声波信号在单周期内的相位差及整周期数得到声波信号传播时间，在保证实时测量的基础上，测量过程简单，测量精度高，且成本较低。

技术领域

本发明涉及一种水声声速测量方法，尤其是涉及一种基于相位差的水声声速测量方法。

背景技术

目前，常规的水声声速测量方法主要有经验公式法和直接测量法两种。经验公式法通过测量海洋环境中的温度、盐度和深度后，基于这些测量得到的参数进行计算，得到水声声速。虽然该经验公式法对声速进行测量的精度较高，但是该方法中，先要分别采用相应的仪器去获取海洋环境中的温度、盐度和深度，然后再从这些仪器中得到这些参数后才能进行计算，测量过程复杂，得到声速的时间也较长，滞后性比较明显，不能实时获取当前海域的水声声速。

直接测量法主要利用声波在海水中传播特性，通过模数转换器采集得到声波信号后直接输送到处理器中，由处理器计算得到声波的传播时间，再计算得到水声声速。该方法测量过程简单，得到声速的时间较短，滞后性可以忽略，能够实时获取当前海域的水声声速。但是，该方法中，传播时间的数字测量精度直接制约了声速的精度。虽然提高模数转换器的采集频率可某种程度上提高传播时间的测量精度，但是采集频率越高的模数转换器成本越高，而且当前技术水平下的模数转换器的采集频率比较有限，因此通过这种方式提高声速的测量精度比较有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在保证实时测量的基础上，测量过程简单，测量精度高，且成本较低的基于相位差的水声声速测量方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：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；