大型潛標矢量水聽器低頻聲學指向性的水池測試方法
2023-09-10 05:39:25 2
專利名稱：大型潛標矢量水聽器低頻聲學指向性的水池測試方法
技術領域：
本發明涉及的是一種水聲測試方法，主要涉及在水池條件下對工作於大型潛標的矢量水聽器系統聲學指向性進行測試的方法。
背景技術：
現有矢量水聽器聲學指向性的測試多是對矢量水聽器自身偶極子型指向性滿足要求與否的測試，測試地點依據矢量水聽器工作頻率、精度及目的不同而選擇在水池、駐波管和外場。而對於工作於複雜系統(如大型潛標、浮標等)的矢量水聽器聲學指向性的測試則稀有公開介紹。本發明則公開了一種在水池條件下對工作於大型潛標的矢量水聽器整體系統低頻及甚低頻聲學指向性進行測試的方法。
矢量水聽器系統聲學指向性反映了該系統整體對同一入射平面波的空間響應情況，測量時需要系統在平面波入射場中旋轉一周來得到。在低頻段尤其是甚低頻段，很難在有限的水池中獲得平面波自由場，並隔絕池壁反射信號對指向性測試的幹擾，使得矢量水聽器系統使用平面波自由場方法進行低頻及甚低頻聲學指向性測試是非常困難的；駐波管則僅適用於壓電式和雙聲壓式的矢量水聽器聲學指向性的測試，同樣不能滿足大型潛標系統測試的需要；外場測試雖然可以滿足測試對平面波自由場的要求，但是測試過程不易控制，測試費用代價過高，且後置數據處理補償要求過高，亦不能滿足實際科研工程應用過程中對大型潛標矢量水聽器聲學指向性的要求。
文獻「2(Γ2000Ηζ矢量水聽器指向性圖的實驗水池測量」(聲學技術，2009. 28 (2) 131-132)給出了水池中對矢量水聽器自身偶極子型指向性測試的試驗結果。
文獻「聲壓、振速聯合信息處理」(哈爾濱工程大學博士論文，2000)給出了湖試對矢量水聽器聲壓和矢量通道自身偶極子聲學指向性的測試方法發射單頻CW脈衝，測量時在360°範圍內每2°測量一次。從測試結果來看，矢量通道零點深度不足20dB。
上述兩份文獻的共同特點是僅對矢量水聽器自身偶極子型指向性滿足要求與否進行測試，其測試方法並不易於複雜矢量水聽器系統聲學指向性的測試。而在矢量水聽器的實際應用中，不可或缺的需要配置導流罩、障板等輔助聲學設施來實現興趣目標信息數據的錄製獲取，這時矢量水聽器及其配置設施整體構成了一個系統。如若輔助設施設計不當、安裝不適，就有可能影響系統矢量水聽器自身的偶極子指向性。因此，對整體矢量水聽器系統而非單獨矢量水聽器的聲學性能進行測試顯得尤為重要。發明內容
本發明的目的在於提供一種控制操作容易，測試精度高的大型潛標矢量水聽器低頻聲學指向性的水池測試方法。
本發明的目的是這樣實現的
(I)將潛標系統布放於水池中心,將低頻/甚低頻聲源布放於使潛標系統中的矢量水聽器處於聲源近場、且矢量水聽器中心和聲源處於同一布放深度，即矢量水聽器位置聲場呈球面波擴展變化規律；
(2)依據大型潛標系統的尺寸，以及球面波測試結果與平面波測試結果的可等效性條件，確定潛標系統的旋轉角度範圍；
(3)以低轉速旋轉整個潛標系統，實時記錄矢量水聽器聲壓通道、發射頻率為fO 時的信號，經後置處理得到潛標矢量水聽器低頻/甚低頻聲學指向性。
本發明還可以包括
1、潛標系統旋轉是以矢量水聽器中心為中心旋轉。
2、所述低轉速旋轉的轉速選擇ldeg/s。
3、所述後置處理的方法包括旋轉角度為Θ時的聲壓p(t)與振速信號vx (t)和 vy (t)經快速傅立葉變換FFT處理或zoomFFT處理後得到相應幅度估計
權利要求
1.一種大型潛標矢量水聽器低頻聲學指向性的水池測試方法，其特徵是 (1)將潛標系統布放於水池中心，將低頻/甚低頻聲源布放於使潛標系統中的矢量水聽器處於聲源近場、且矢量水聽器中心和聲源處於同一布放深度，即矢量水聽器位置聲場呈球面波擴展變化規律； (2)依據大型潛標系統的尺寸，以及球面波測試結果與平面波測試結果的可等效性條件，確定潛標系統的旋轉角度範圍； (3)以低轉速旋轉整個潛標系統，實時記錄矢量水聽器聲壓通道、發射頻率為fO時的信號，經後置處理得到潛標矢量水聽器低頻/甚低頻聲學指向性。
2.根據權利要求1所述的大型潛標矢量水聽器低頻聲學指向性的水池測試方法，其特徵是潛標系統旋轉是以矢量水聽器中心為中心旋轉。
3.根據權利要求1或2所述的大型潛標矢量水聽器低頻聲學指向性的水池測試方法，其特徵是所述低轉速旋轉的轉速選擇ldeg/s。
4.根據權利要求1或2所述的大型潛標矢量水聽器低頻聲學指向性的水池測試方法，其特徵是所述後置處理的方法包括旋轉角度為Θ時的聲壓p(t)與振速信號vx(t)和vy (t)經快速傅立葉變換FFT處理或zoomFFT處理後得到相應幅度估計 Ap (f) = FFT [P (t)]AAf) = FFT[v,.(i)]4(/) = FFT[v, (/)j . 繼續旋轉潛標系統得到[Q1, θ2]角度範圍內的矢量水聽器相應的接收信號幅度Ap(f, 0)，4.'(/肩和4,,(/肩； 極坐標的形式顯示Ap(f，Θ )，<(/肩和令(/肩即實現潛標系統矢量水聽器指向性的測試。
5.根據權利要求3所述的大型潛標矢量水聽器低頻聲學指向性的水池測試方法，其特徵是所述後置處理的方法包括旋轉角度為Θ時的聲壓p(t)與振速信號vx(t)和'(0經快速傅立葉變換FFT處理或zoomFFT處理後得到相應幅度估計 Ap (f) = FFT [P (t)] 4'(/) = FFT[v,..(/)]4(/) = FFT[v-.(/)J . 繼續旋轉潛標系統得到Ui，θ2]角度範圍內的矢量水聽器相應的接收信號幅度Ap (f, θ )，Jvr (/,(/，沒)； 極坐標的形式顯示Ap(f，Θ)，<(./_#)和4,(/肩即實現潛標系統矢量水聽器指向性的測試。
全文摘要
本發明提供的是一種大型潛標矢量水聽器低頻聲學指向性的水池測試方法。(1)將潛標系統布放於水池中心，將低頻/甚低頻聲源布放於使潛標系統中的矢量水聽器處於聲源近場、且矢量水聽器中心和聲源處於同一布放深度，即矢量水聽器位置聲場呈球面波擴展變化規律；(2)依據大型潛標系統的尺寸，以及球面波測試結果與平面波測試結果的可等效性條件，確定潛標系統的旋轉角度範圍；(3)以低轉速旋轉整個潛標系統，實時記錄矢量水聽器聲壓通道、發射頻率為f0時的信號，經後置處理得到潛標矢量水聽器低頻/甚低頻聲學指向性。本發明可以在水池這樣易於控制操作的條件下，以較高精度實現複雜矢量水聽器系統聲學指向性的測試，從而滿足進一步的研究需要。
文檔編號G01H3/00GK102997988SQ20121046483
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者呂雲飛, 師俊傑, 蘭華林, 梅繼丹, 孫大軍 申請人:哈爾濱工程大學