[发明专利]一种小尺寸矢量阵低频散射校正方法

权利要求书

1.一种小尺寸矢量阵低频散射校正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)布放基阵与发射器；

(2)根据所布放的基阵与发射器，调节信号发射设备形成测试声场；

(3)根据形成的测试声场，在水平面等间隔旋转基阵一周，采集与存储所有角度接收信号；将采集的Q个不同方向的实测导向矢量的集合写成矢量形式：

其中，为入射方位的集合；q＝1,...,Q；

(4)根据采集与存储的所有角度接收信号，利用离散傅里叶变换求取总声场傅里叶展开项系数C_{m_n}估计值；

基于结构的对称性，将基阵接收声场矢量进行傅里叶展开：

其中，上标T表示转置；m为展开项的阶数；n＝1,2,…,N，N为总通道数；D_{m_n}为第n个通道对应的第一参数；为第n个通道相对参考通道的相位差；

所述总声场傅里叶展开项系数C_{m_n}的估计值为：

其中，表示第n个通道方向处的实测导向矢量；

(5)根据总声场傅里叶展开项系数估计值，将期望指向性输出与基阵实际输出分别展开；

将中心频率ω时各基元加权系数表示为：

将信号表达式限定到前M阶，则基阵实际输出的展开形式为：

其中，表示第n个基元加权系数；

期望指向性输出的展开形式为：

其中，θ为导向角；M为波束图的阶数；各系数第二参数a_m项决定了波束图的形状；γ(θ)＝diag[e^-iMθ,...,1,...,e^-iMθ]；b＝[b_-M,...,b₀,...,b_M]^T；

(6)根据期望指向性输出与基阵实际输出的展开式，利用最小二乘法拟合期望指向性输出与基阵实际输出，求取加权系数矢量矩阵利用加权系数矢量矩阵对小尺寸矢量阵进行加权处理，即可修正低频声散射的影响，解决小尺寸矢量阵的低频校正问题。

2.根据权利要求1所述的一种小尺寸矢量阵低频散射校正方法，其特征在于：所述步骤(1)布放基阵与发射器时以阵元间距d与波数k之间满足kd1设计小尺寸矢量阵，将小尺寸矢量阵固定在薄圆板上，并在圆板下方设计短圆柱腔以放置调理电路等电子设备。

3.根据权利要求2所述的一种小尺寸矢量阵低频散射校正方法，其特征在于：所述步骤(2)调节信号发射设备形成测试声场时布放声源与小尺寸矢量阵，二者之间距离满足声学远场条件，声源的主轴方向对准小尺寸矢量阵的正横方向；调节信号发生器产生CW脉冲信号，经功率放大器加载到声源上形成测试声场。

4.根据权利要求3所述的一种小尺寸矢量阵低频散射校正方法，其特征在于：在0-360°范围内旋转超指向性多极子矢量阵，采集与存储各基元的接收信号，每个阵元包括一路声压信号和两路振速通道信号，共获得Q个不同方向实测导向矢量的集合。

5.根据权利要求4所述的一种小尺寸矢量阵低频散射校正方法，其特征在于：建立小尺寸矢量阵散射校正的加权最小二乘算法，令基阵实际输出与期望指向性输出相等，得下式：

式中，为第一参数的集合，对上式求取广义逆来获取加权系数矢量矩阵的估计值：

式中，上标H表示共轭转置。