【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于水聲探測與識別，具體為一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法。
技術介紹
1、眾所周知，當聲波照射到物體上時，聲波就會發生發射、散射核衍射等物理過程，其結果是產生了分布在整個空間中的次級波，它由反射波、散射波和衍射波組成，其中在某個特定方向上的次級波到達接收點被接收，主動聲納就是通過接收這種回波信號實現目標探測和目標識別的。因此，目標回波的強弱和所攜帶的目標信息的多少，對于主動聲納的工作起著十分重要的作用。
2、目標強度是主動聲納方程中的一個重要參數，應用主動聲納方程優化設計聲納或合理應用聲納，首先需要對目標強度值作出估計。目標強度測量技術設計聲納技術、水聲學以及海洋探測多個領域，是一項重要的科學技術，在軍用和民用領域中具有廣泛的應用前景。早期傳統的水聲目標強度測量方法包括直接測量法和間接測量法(比較法)，直接法需要測量三個物理量：聲源級，回波強度和傳播損失，其中的關鍵是如何精確測量傳播損失，這就要求精確測量聲源與目標之間的距離，并根據實際水文條件確定相應的傳播損失，對于湖/海現場作業來說，其難度比較大，間接法(比較法)需要有一個目標強度已知的參考目標，但逼真程度高的參考目標制作業比較困難。本專利技術提出的基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法不需要確定傳播損失，不需要做復雜的絕對校準工作，且測量簡單，提高了測量精度和效率。
3、在主動目標探測試驗中，一般用水聲應答器模擬主動目標，水聲應答器通過采集發射換能器的輻射聲信號，然后通過控制軟件設置目標強度，最后利用另一發射換能器輻射聲信號
技術實現思路
1、針對上述技術不足，本專利技術在國標gb/t?31014-2014《水聲目標強度測量實驗室方法》的基礎上，提出了一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法，適用于水聲應答器目標強度測量湖/海試驗，容易滿足遠場條件，測量方法便捷高效，且符合實際使用場景。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法，包括以下內容：
3、(1)測量試驗準備工作；(2)設備布放位置應滿足聲場條件；(3)發射信號設計條件；(4)測量方法；(5)測量步驟；
4、其中測量方法如下：在自由場遠場條件下，聲強值可用能夠直接測量的聲壓值折合1m處聲壓計算，則目標強度值按式(4)計算。
5、
6、對時域信號做傅立葉分析處理，得到入射信號頻譜pi(f)及回波信號頻譜pr(f)。對頻譜信號進行球面波修正，入射信號折算到目標聲中心處：散射回波信號折算到距離目標聲中心1m處：pr(f)·r，可按式(5)求得目標強度值：
7、
8、優選地，所示測量試驗準備工作如下：
9、①擦拭標準小球表面，放在水中充分浸泡，并記錄標準小球形狀、尺寸、重量等基本信息；
10、②擦拭發射換能器和標準水聽器表面，并充分浸泡；
11、③記錄測量湖中溫度、測量水深。
12、優選地，所述設備布放位置應滿足聲場條件如下：
13、①湖中測量水聲目標強度，要求測量在自由場遠場條件下進行，應符合自由場或等效自由場條件；
14、②要求目標和水聽器應處于發射換能器的遠場，使入射到目標和水聽器上的聲波等效于平面波，即滿足：
15、
16、其中a1和a2分別表示發射換能器輻射面和目標的最大線度，單位為m，λ為與測量頻率相對應的湖中聲波波長，單位為m；
17、③水聽器應處于目標散射回波的遠場，使入射到水聽器上的散射回波等效于平面波，即滿足：
18、
19、其中a3表示標準水聽器的最大線度，單位為m；
20、④發射換能器、水聽器、目標的有效聲中心應布置在同一聲軸線上；
21、⑤需要對測試聲場的背景噪聲進行測量。
22、優選地，所述發射信號設計條件如下：
23、①發射信號中至少包含3個周期的穩態波；
24、②測量過程中存在湖面和湖底的反射聲波干擾，應控制發射脈沖信號寬度，使干擾聲波與測量的入射聲波、散射回波在時域上無重疊；
25、③發射信號應能覆蓋目標，即控制發射脈沖信號寬度，滿足
26、
27、其中a4目標在垂直于入射波方向的投影面內的最大線度，單位為m，c為湖中的聲速，單位為m/s；
28、④發射信號的間隔應不小于湖中混響時間長度的1.5倍；
29、⑤發射信號可選擇單頻脈沖或者寬帶脈沖。
30、優選地，所述測量步驟如下：
31、①準備工作；
32、②發射信號設計；
33、③信號發射；
34、④目標未放入聲場時，發射短脈沖信號，根據水聽器接收的時域脈沖序列分析干擾聲波的到達時間，湖中混響時間。確定測量信號的脈沖寬度和脈沖發射間隔，并記錄；
35、⑤目標未放入聲場時，發射某一頻率(頻段)和脈寬的脈沖信號，測量入射波信號，控制觸發信號同步多次(8次以上為宜)，采集平均后記錄信號pi(n)；
36、⑥將目標按圖1所示放入聲場，目標布放前后應保持測量裝置狀態和聲場條件不變；
37、⑦調整目標的放置姿態，使其符合指定入射角要求；
38、⑧發射同一頻率(頻段)和脈寬的脈沖信號，若入射波與散射回波聲信號時域無疊加，則直接測量樣品散射回波，同步多次(8次以上為宜)，采集平均后記錄信號pr(n)；否則，測量入射波、散射回波疊加聲信號，同步多次采集平均后記錄信號pa(n)，得到樣品散射回波信號pr(n):pr(n)＝pa(n)-pi(n)；
39、⑨對信號pi(n)和pr(n)進行傅立葉分析，獲得頻譜pi(f)和pr(f)，按式(4)計算該頻率(頻段)處的目標強度ts(f)；
40、⑩發射下一頻率(頻段)和脈寬的信號，重復⑤～⑨過程，直到完成所有頻率(頻段)和脈寬下的目標強度的測量工作。
41、與現有技術相比，本專利技術所達到的有益效果是：本專利技術適用于水聲應答器目標強度測量湖/海試驗，容易滿足遠場條件，測量方法便捷高效，且符合實際使用場景。
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1.一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法，其特征在于，包括以下內容：
2.根據權利要求1所述的一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法，其特征在于：所示測量試驗準備工作如下：
3.根據權利要求1所述的一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法：其特征在于：所述設備布放位置應滿足聲場條件如下：
4.根據權利要求1所述的一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法，其特征在于：所述發射信號設計條件如下：
5.根據權利要求1所述的一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法，其特征在于：所述測量步驟如下：
【技術特征摘要】
1.一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法，其特征在于，包括以下內容：
2.根據權利要求1所述的一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法，其特征在于：所示測量試驗準備工作如下：
3.根據權利要求1所述的一種基于水聲應答器目標強度測量的湖上試驗方法：其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭小瑋，張帥帥，田玲愛，朱方偉，王方勇，鄭廣贏，
申請(專利權)人：中國船舶集團有限公司第七一五研究所，
類型：發明
國別省市：
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