[发明专利]一种噪声测量水听器灵敏度绝对校准装置与方法

说明书

本发明提出了一种噪声测量水听器灵敏度绝对校准装置与方法，该校准方法与装置涉及水听器校准领域，主要用于水听器宽带噪声灵敏度级和噪声谱密度级的准确测量。本方法在自由场中利用伪随机噪声信号，实现了水听器在噪声自由场条件下的绝对校准，能够直接得到一定带宽内的宽带噪声灵敏度级和噪声谱密度级，弥补了单频测量只能够测量单个频点灵敏度级，无法开展宽带校准的不足，消除了比较法校准中标准水听器测量引入的误差，进一步降低了噪声水听器校准的测量不确定度，使校准结果更接近水听器的实际工作环境。校准后的水听器可应用于水听器的等效噪声压谱级测量和水下噪声测量等领域，进一步降低水下噪声测量的不确定度。

技术领域

本发明涉及水声测量的领域，具体涉及一种噪声测量水听器灵敏度绝对校准装置与方法。

背景技术

随着水声技术的发展，船舶辐射噪声测量、海洋环境噪声测量、海上打桩噪声测量以及海上风电噪声测量等水下参数噪声测量一直以来都是水声发展的重点。水听器作为水下噪声测量的关键传感器，具有稳定性好、平坦度高、本底噪声低等特点。

水听器等效噪声灵敏度是水下噪声测量的关键参数，它将最终决定水下噪声测量的准确程度，因此，在水听器使用前，需要对其等效噪声灵敏度参数进行测量。目前，无论是标准水听器还是噪声水听器，其灵敏度的测量都是使用单频脉冲声信号或者单频连续声信号进行比较法测量，这种方法具有以下局限性：

1)单频信号只能测量水听器单个频点的灵敏度。在水下噪声测量中，由于噪声信号是宽带信号，往往需要研究其在一定频率带宽内的响应特性，需要预先测得其宽带灵敏度。单频信号的测量方法无法实现宽带灵敏度的校准。因此，目前普遍使用的办法是假设水听器某个频段的灵敏度处处相等，用中心频率点(通常是1/3倍频程点)的灵敏度近似代替整个分析带宽内的灵敏度。虽然目前水听器的设计和加工工艺较好，在某些频段范围内是的起伏变化是很小的，这种办法在一定程度上能够解决水听器的宽带测量问题，但是其测量结果与真实值仍然存在一定的差距，从而导致水下噪声测量的测量不确定度提高；

2)噪声水听器通常采用比较法测量，由于在比较法中引入的标准水听器，这将增加水听器校准的测量不确定度；

3)由于标准水听器通常是采用1/3倍频程频点进行校准，导致噪声水听器校准的频率受到限制，不便于开展任意带宽内水下噪声的测量；

4)根据最新研究表明，水听器在噪声信号环境下，其灵敏度与单频信号下的灵敏度使不完全相同的，直接使用单频信号测量得到的灵敏度开展水下噪声测量会进一步增加测量误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种噪声测量水听器灵敏度绝对校准装置与方法，不仅利用伪随机噪声信号实现了任意带宽下水听器的等效噪声灵敏度的绝对校准，提升了水听器测量的准确程度。同时，利用了伪随机信号的周期性以及可复现性，降低了随机信号的统计误差，通过信号平均，可进一步提升了信号的信噪比。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种噪声测量水听器灵敏度绝对校准装置与方法，该装置包括校准支架和水池，校准支架的两端对称安装有发射换能器和互易换能器，校准支架的中间位置处安装有待测水听器，待测水听器连接有升降回转机构；函数发生器与计算机电连接用于输出伪随机二进制噪声序列，抗混叠滤波器与函数发生器电连接将该伪随机二进制噪声序列转换为伪随机高斯噪声；线性功率放大器与抗混叠滤波器连接将该伪随机高斯噪声进行功率放大，用于激励发射换能器或互易换能器产生伪随机高斯噪声信号，所述计算机上还连接有低噪声数据采集系统用于采集经抗混叠滤波器滤波后的信号。

本发明公开了一种噪声测量水听器灵敏度绝对校准方法，包括以下步骤：

1)将发射换能器、待测水听器和互易换能器依次固定在校准支架上，并放置于水下一定的深度，保证其声中心位于同一条直线上；