[发明专利]一种基于插值和拟合的水听器灵敏度标定系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于插值和拟合的水听器灵敏度标定系统和方法，主要以选定的时间序列为基准，对待测水听器和标准水听器输出信号进行插值，对插值结果进行线性拟合，得到待测水听器和标准水听器输出信号的比值，将该比值带入水听器灵敏度计算公式，得到待测水听器灵敏度。本发明在技术上实现了高精度、高重复性的水听器标定方法，大幅度降低了人工读数标定水听器灵敏度方法的误差，提高了水听器灵敏度的标定精度和重复性，对拖线阵灵敏度准确标定起着一定的积极作用，并且该成果在国内尚没有任何单位部门使用。

技术领域

本发明涉及声纳电子设备的领域，具体涉及一种基于插值和拟合的水听器灵敏度标定系统和方法。

背景技术

拖曳线列阵声纳具有基阵孔径较少受平台空间制约、工作频率低和远离拖曳平台噪声源等优点，广泛用于水面舰和潜艇等水下目标的探测和跟踪任务。拖曳线列阵声纳的重要组成部分是按直线排列的水听器阵列。

水听器最基本、最重要的技术参数指标是灵敏度。以压电水听器为例，其灵敏度代表水听器将声压信号转换为电压信号的能力。水听器灵敏度限制了声纳系统其他技术指标的优化上限。水听器灵敏度越高，对于相同声压级的信号，其输出信号幅值越高、输出信号信噪比越高，便于后续的信号检测和数据处理。提高水听器灵敏度是优化声纳系统性能的基础。

在将水听器组成线列阵之前，在测试水池中对每个水听器的灵敏度进行标定。成阵后的每个水听器受成阵工艺、传输线分布参数等因素影响，其实际灵敏度与成阵前的水池标定结果有差异，因此在成阵后还需要对水听器的灵敏度进行二次标定。

鉴于拖曳线列阵尺寸在几百米量级，在测试水池中不便展开标定，实际通常选择在湖上环境进行成阵后的灵敏度标定，并且常采用人工读数标定水听器灵敏度方法。该方法过程如下：首先将声源布置在阵段正横方位，并持续发射单频正弦信号；湖上测试人员将灵敏度已知的标准水听器布放于待测水听器附近；由湖上测试人员读取标准水听器输出信号的峰峰值，基地测试人员读取待测水听器输出信号的峰峰值，湖上测试人员与基地测试人员通过对讲机同步数据读取时刻；最后利用待测水听器和标准水听器输出信号的峰峰值计算得到待测水听器的灵敏度。

人工读数标定水听器灵敏度方法存在以下弊端：对于每个水听器只读取一次或者有限次数据，有限次的读数方法使灵敏度标定结果存在较大的偶然性，导致标定结果重复性差；读取数值为水听器输出信号峰峰值，该值受湖上复杂的水声环境和多途反射影响起伏较大；读数准确性受测试人员影响较大；标准水听器由于震动引起的噪声较大，使传统的人工读数比测法标定水听器灵敏度的精度低、重复性差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于插值和拟合的水听器灵敏度标定系统和方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种基于插值和拟合的水听器灵敏度标定系统，主要包括待测水听器、标准水听器、模数转换器A、模数转换器B、数据处理机，待测水听器和标准水听器将声压转换为模拟电压信号，两者的模拟电压信号分别通过模数转换器A、模数转换器B转换为数字信号后输入数据处理机进行处理。

这种基于插值和拟合的水听器灵敏度标定方法，主要包括以下步骤：

1)以时间序列t₀为基准，对待测水听器输出信号V_x(t_x)和标准水听器输出信号V_st(t_st)进行插值，得到待测水听器和标准水听器在时间序列t₀时刻的输出信号V_x(t)和V_st(t)；

2)对V_x(t)和V_st(t)进行拟合，得到待测水听器和标准水听器输出电压信号的比值k；

3)将比值k带入水听器灵敏度计算公式，得到待测水听器的灵敏度Sen_x。