[发明专利]光纤水听器阵列全频段相位一致性的测量方法

说明书

公开了一种光纤水听器阵列全频段相位一致性的测量方法，包括：将光纤水听器阵列的第一阵元作为参考阵元垂直放置在由第一声源、第二声源、第一参考基元和第二参考基元构成的直线上，并记录第一阵元的位置；由第一声源和第二声源发射数据信号，记录第一参考基元、第二参考基元和第一阵元的接收信号，并计算第一阵元的第一时延和第二时延；改变所述光纤水听器阵列垂直于支架的位置，使得其他被测阵元依次到达上一被测阵元的位置，重复发射信号，计算相应被测阵元的第一时延和第二时延；根据所计算的时延结果，计算各阵元相对于参考阵元的初始相位差；和基于所计算的初始相位差，对光纤水听器阵列的不同阵元进行相位补偿。

技术领域

本发明涉及传感器性能计量领域，特别涉及一种光纤水听器阵列全频段相位一致性的测量方法。

背景技术

随着科学技术的进步，传感器被广泛应用于各个领域。在水下声信号探测领域，光纤水听器阵列作为一种高灵敏度、轻型、大孔径水声拖曳探测设备，在地震信号探测、环境检测和水下安全警戒方面发挥着重要作用。光纤水听器阵列用于远程目标侧向的原理是根据声波来向对阵列不同基元进行相位补偿后再进行同相叠加，即波束形成原理。补偿的相位主要依据声波来向和阵元间距计算得到。波束形成过程需设置参考阵元，但是当阵元相对于参考阵元存在初始相位差时，补偿的相位便不够精确，造成目标测向精度下降。因此，水听器阵列各基元的相位一致性是一个重要指标。

实际上，由于制作工艺、材料本身的电声性能以及装配工艺的差异等原因，不同的光纤传感器确实存在不同的初始相位。在工程应用之前，测量光纤传感器的初始相位，从而提高相位补偿精度，实现目标声波来向处各光纤传感器输出的同相叠加，对于更好发挥光纤水听器阵列在水下目标探测中的作用具有十分重要的意义。

在使用过程中，对于远处的声源目标发射声波的时刻，水听器输出信号的时延主要由两部分构成，一是声波由声源传播至水听器位置的时延，二是由于水听器初始相位导致的时延。一般来说，知道前两者，便可求得后者，将初始相位导致的时延乘以角频率便可得到水听器的初始相位。

在测量传统压电水听器的初始相位时，将信号源和接收传感器输出信号连接到同一示波器，经过A/D变换，采用同步方式显示，可精确计算两者之间的时延；再计算由于收发距离造成的时延，两者之差再乘以角频率，便得到该压电水听器自身的初始相位。然而，在光纤水听器阵列系统中加入了光电信号解调模块，其输出的数字信号和声源输出的模拟信号并不能在同一示波器显示，使得声源发射信号和水听器接收信号之间的时延不能精确测量，因而无法利用常规方法测得单个光纤水听器的初始相位。

对于低频声波信号，由于波长较长，常大于基元间间距。在实践中常采用将阵列的阵元两两捆在一起的方式来测量阵元间初始相位差，再变换多轮阵元顺序，从而得到阵列的相位一致性分析结果。对于高频声波信号，这样的测量方式误差较大，难以获得精确的相位一致性测量。

因此，需要一种能够针对全频段精确测量光纤水听器阵列的初始相位的方法。

发明内容

本发明提出了一种针对光纤水听器系统阵元全频段相位一致性的精确测量方法，能给出各阵元相对于某一参考基元的初始相位差，而不受频段限制，从而解决实际工程中光纤水听器初始相位难以测量的问题。