[发明专利]一种海底固定式线列阵阵元灵敏度校准方法

说明书

本发明涉及一种海底固定式线列阵阵元灵敏度校准方法，本发明主要由信号发射系统、信号接收系统、三角调距支撑架、机械行走机构、电控系统及数据处理系统等部分组成，信号发射系统和信号接收系统均由换能器阵列组成，连接数据处理系统，信号发射系统和信号接收系统按照顺序安装在可调整换能器阵列间距的三角调距支撑架上，跟随三角调距支撑架一起放入海底固定式线列阵管中进行半封闭的管中互易法测量，电控系统通过操作行走机构来控制三角调距支撑架的移动，在管中能实现低频范围内对海底固定式线列阵声压灵敏度的测量。本发明的优点及成果：在半封闭的海底泥沙管校准环境中应用改进了互易常数的互易法对固定式线列阵进行低频环境下的灵敏度校准，有效降低了校准的频率，较大提高了低频声压灵敏度的测量精度。

技术领域

本发明涉及水声测量领域，主要是一种海底固定式线列阵阵元灵敏度校准方法。

背景技术

近年来，随着水声探测领域的不断扩展，人们越来越感到单个水听器在信号增益、分辨力、来波方向识别等方面有着较多的局限性。因此，水听器阵列逐渐得到广泛的应用。水听器阵列是指将多个水听器按照一定的方式放置在不同的空间位置上，形成固定阵型的传感器阵列。其中，最常见的形式是将水听器按照等间隔的方式排列为直线型，称为线列阵。以阵列的方式接收空间信号，相当于在对空间分布的声场信号进行时域离散采样。通过对采集信号进行波束形成等处理，可以实现水声探测的指向性控制，增强目标信息强度，抑制干扰及噪声等。

海洋环境的探测对资源信息的获取都有着重要意义，线列阵在海洋探测上发挥着越来越重要的作用。其主要内容包括目标定向、测距、测速等。根据线列阵工作时是否移动阵列位置，可将其分为拖曳式线列阵和固定式线列阵两种类型。拖曳式线列阵一般由船舶拖曳前行，可以探测较大范围的海底地质形貌和石油矿藏等资料，也可以获取鱼群行为等海洋信息。固定式线列阵一般铺设于海底，既可用于国防领域的海域监测，也可用于过往船只或者海洋生态系统特性的探究。在线列阵的使用过程中为了保证信息获取的准确性，需要定期对线列阵阵元的灵敏度进行校准。对于拖曳式线列阵的校准比较方便，可以直接对拖曳阵利用常规的各种换能器灵敏度校准方法进行校准，但是海底固定式线列阵在应用时铺设于海底，周围有着大量混合海水的泥沙，对于其校准如果采用定期取出的方式会消耗大量人力物力，且反复安放也可能会对线列阵的灵敏度有一定的影响，因此需要提出一种海底固定式线列阵阵元灵敏度的现场检测方法。

目前已有的低频校准方法主要有耦合腔校准、混响场校准和管中测量。管中测量方法又包括了振动液柱法、管中比较法(驻波管、行波管)以及行波管互易法。在这里互易法相对于比较法的便捷之处为，互易法不需要使用标准声源就能利用互易定理测出其中两个换能器的灵敏度，因此更适于应用到固定式线列阵的管中校准。线列阵管在海底铺设，周围是混合海水的泥沙，可以近似在管中进行灵敏度的校准。在与固定式海底线列阵的校准环境最为相近的就是行波法测量，但是行波管中的边界条件与海底铺设线列阵的校准条件不完全相同，因此互易常数需要重新推导，再代入到灵敏度计算公式中，得到泥沙下的管中线列阵灵敏度测量的计算方法。

发明内容

为了实现对海底固定式线列阵阵元灵敏度进行校准，本发明提供了一种海底固定式线列阵阵元灵敏度校准方法，具有方便快捷、校准误差小、能实现低频测量、信号处理简便、可行性高等优点。

本发明方法的具体步骤是：

1)搭建一套以一种海底固定式线列阵阵元灵敏度校准方法为核心的声场测量系统。

该系统主要由信号发射系统、信号接收系统、三角调距支撑架、机械行走机构、电控系统及数据处理系统等部分组成，信号发射系统和信号接收系统均由换能器阵列组成，连接数据处理系统，信号发射系统和信号接收系统按照顺序安装在可调整换能器阵列间距的三角调距支撑架上，跟随三角调距支撑架一起放入海底固定式线列阵管中进行半封闭的管中互易法测量，电控系统连接行走机构，用来控制三角调距支撑架的移动，在管中能实现低频范围内对海底固定式线列阵声压灵敏度的测量。