[发明专利]一种基于加速度计的同振式矢量水听器绝对校准方法

说明书

本发明公开了一种基于加速度计的同振式矢量水听器绝对校准方法，该方法涉及水声测量领域，主要用于同振式矢量水听器驻波管低频绝对校准。本方法将标准加速度计刚性固定在同振式矢量水听器的被测通道表面，让标准加速度计与同振式矢量水听器在水下声波作用下共同振动，通过标准加速度计测量当前同振式矢量水听器被测通道的加速度，进而得到同振式矢量水听器矢量参数的灵敏度。由于标准加速度计校准的误差远小于同振式矢量水听器测量的误差，因此该方法是一种绝对校准方法。本发明能够提高同振式矢量水听器矢量参数的测量精度，降低测量不确定度，弥补当前驻波管比较法测量的不足。

技术领域

本发明涉及水声测量领域，属于同振式矢量水听器灵敏度测量领域，主要是一种基于加速度计的同振式矢量水听器绝对校准方法。

背景技术

矢量水听器可以共点、同步测量声场中某点处的声压和声压梯度(或质点振速、质点加速度)等水下声场中的标量和矢量信息，增加了信息种类和数量，拓展了后置信号处理空间，大大提高了水声测量技术的检测能力，在水下目标定位、辐射噪声测量、海洋低频信号检测、海底沉积层特性调查、水雷声引信、声纳浮标以及区域警戒等方面有着广阔的应用前景。同振式矢量水听器是当前应用比较广泛、技术较为成熟的一种矢量水听器。它的平均密度与所处媒质密度接近相等，在有声波作用下，其振动幅度和相位与介质未放入同振式矢量水听器前质点的振动幅度和相位相同，通过球体内部的矢量传感器就可以获取当前声场中介质质点的矢量信息。同振式矢量水听器具有体积小、质量轻、分辨力好，灵敏度高等特点，特别是在低频其指向性良好，因此特别适用于声纳设备以及海洋噪声测量。

目前，同振式矢量水听器的低频校准通常在驻波管中进行，主要的测量方法有标准水听器比较法和加速度计绝对法。在标准水听器比较法中，利用已经校准过的标准水听器测量驻波管中某一深度处的声压值，利用该声压值推算同振式矢量水听器声中心处的声压梯度、质点振速和加速度，完成该同振式矢量水听器声压灵敏度和矢量通道灵敏度的校准。这种方法虽然原理简单，易于操作，但是由于在测量过程中引入了标准水听器，导致了最终测量结果的不确定度较高。在驻波管绝对法校准中，通常需要将标准加速度计固定在驻波管底部的发射换能器或振动台上，通过测量发射换能器或振动台表面的加速度推算驻波管中不同深度的声压分布，进而得到同振式矢量水听器声压灵敏度和矢量灵敏度。由于标准加速度计灵敏度不确定度非常低(近似忽略不计)，因此这种方法可以认为是一种绝对校准方法。但是，这种方法在频率较高时，通过换能器或振动台推算驻波管中声场的误差较大，不能够满足同振式矢量水听器绝对校准的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于加速度计的同振式矢量水听器绝对校准方法，可以在驻波管腔体中实现同振式矢量水听器的低频绝对校准，降低同振式矢量水听器驻波管低频校准的测量不确定度。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种基于加速度计的同振式矢量水听器绝对校准方法，包括如下步骤：

1)、在驻波管中形成驻波声场，即在水平面为均匀的声场，同一深度处各点的声压相等，不形成声压梯度，质点速度和加速度为0；而在垂直方向声压的分布为正弦分布，声场满足p＝sinkd，p为声压，k为波数，d为入水深度；仅仅在垂直方向形成声压梯度，水下质点的振速和加速度只沿着垂直放线分布；

2)、测量时，将灵敏度已知的标准加速度计刚性固定在同振式矢量水听器被测通道的表面，使两者在垂直方向的声压梯度作用下共同振动；利用已知灵敏度的标准加速度计直接测量同振式矢量水听器在水下的质点加速度，进而得到同振式矢量水听器的矢量参数灵敏度。

驻波管中只在垂直方向存在声压梯度，需要保证同振式矢量水听器的声中心、被测矢量通道以及标准加速度计的中心在同一条直线上，并且垂直向下，整个系统不受到来自其他方向声压梯度的干扰。