[发明专利]一种低频超指向性多极子矢量阵的有界空间校正方法

摘要

本发明属于水下声矢量阵校正领域，具体涉及一种20‑1000Hz低频范围内超指向性多极子矢量阵的校正的低频超指向性多极子矢量阵的有界空间校正方法。本发明包括：建立超指向性多极子矢量阵包括0号‑4号阵元；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；在0‑360°范围内旋转超指向性多极子矢量阵，采集与存储0号～4号基元的接收信号，每个阵元包括一路声压信号和两路振速通道信号等。本发明克服了目前小尺度基阵的校正需要大尺度自由场空间的难题，提供一种在有界空间水域、可操作性强、方便实用的校准方法，可广泛应用于低频超指向性矢量阵的校准，因此本发明可以广泛应用于低频水声计量各领域。

主权项

1.一种低频超指向性多极子矢量阵的有界空间校正方法，其特征在于：(1)建立超指向性多极子矢量阵包括0号‑4号阵元，构成一个十字型，十字原点处为0号阵元，1号～4号阵元与0号阵元间距d相等，且阵元间距d与波数k之间满足kd<1；声源的主轴方向对准超指向性多极子矢量阵的正横方向；(2)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；(3)在0‑360°范围内旋转超指向性多极子矢量阵，采集与存储0号～4号基元的接收信号，每个阵元包括一路声压信号和两路振速通道信号；(4)将工作环境设置参数代入到球面波声场中的矢量阵列模型中，计算理论阵列流形；声源距基阵几何中心距离为r，任一初始位置位于与X正轴夹角θ₀位置的基元，在任意声源入射方向θ时，距声源位置为其矢量通道指向性图为有界空间中的阵列流形矢量为：其中，表示第i号基元的X通道指向性；表示第i号基元的Y通道指向性，i＝0,1,…,4；(5)对存储的接收信号进行分析，将结果与理论模型进行对比：对于每个通道，画出实测数据的幅度随声源入射角度变化图，即指向性图，并与理论指向性图对比；画出实测数据的相位随声源入射角度变化图，并与理论情况对比；若实测情况与本发明中的理论计算结果相符，则表明阵列误差与方位无关，阵列仅存在通道幅相误差；(6)建立基阵阵列流形校正的加权最小二乘算法；根据所建模型及实测数据分析，设定校正矩阵为对角阵和分别代表第n个测量角度上的实测阵列流形和理论阵列流形，A_n中的元素表示对应位置上通道的幅相不一致量；而基阵的整体校正算法为：或利用参数α_n对数据可信度进行调整；加权最小二乘算法的最优解为选择数据均方幅值作为加权值：