[发明专利]一种模数分级测量的声纳基阵空间增益测量方法

说明书

本发明涉及一种模数分级测量的声纳基阵空间增益测量方法，增益测量方法中分解为阵元增益与指向性增益两级，分别用标准仪器组成的模拟测量系统与声纳接收单元的数字测量系统进行分级测量，两级增益求和即为声基阵空间增益，包括如下步骤：布置试验设备；阵元增益的测量；指向性增益的测量；空间增益，将获得的阵元增益与指向性增益相加，即为声基阵空间增益。本发明所述的增益测量方法，通过对声纳基阵空间增益组成的分解，分别采用模拟测量系统与数字测量系统对阵元增益、指向性增益进行测量，最后合成基阵总的空间增益，可避免直接测量输入、输出信噪比过程中，不同测量系统中滤波、放大、AD采集量化误差等条件的差异带来最终测量结果偏差。

技术领域

本发明涉及水声测量技术领域，尤其是指一种模数分级测量的声纳基阵空间增益测量方法。

背景技术

声基阵空间增益概念是指声基阵多路接收信号经波束形成后输出波束信号的信噪比与该信号在空间自由场中信噪比(输入信噪比)之差。从概念中可见，若要测量声基阵空间增益，仅需获得输入信噪比与波束输出信噪比即可。但是，在当前主流声纳信息处理系统中，波束数据信噪比一般是由经过声纳自身接收系统放大、滤波、采集后的数字信号计算而得；对于自由场中空间输入信号信噪比而言，须利用无指向性换能器进行测量，而声基阵自身阵元一般是具有指向性的，此时需要采用标准水听器搭载配套声学测量设备进行测量。由此可见，输入、输出的测量需要两套不同的测量系统，而这两套测量系统一般无法做到完全相同，因此通过这种方法获得的空间增益存在偏差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中输入、输出的测量需要两套不同的测量系统无法做到完全相同，获得的空间增益存在偏差的问题，从而提供一种模数分级测量的声纳基阵空间增益测量方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种模数分级测量的声纳基阵空间增益测量方法，所述的增益测量方法中分解为阵元增益与指向性增益两级，分别用标准仪器组成的模拟测量系统与声纳接收单元的数字测量系统进行分级测量，两级增益求和即为声基阵空间增益，包括如下步骤：

步骤S1：布置试验设备，使声基阵第i路阵元水平指向发射换能器，两者水平距离R满足远场测量条件，位同一水深H处，在距声基阵1m处布置相同深度的标准水听器，且通过声学发射装置与发射换能器连接，可发射中心频率为F的单频脉冲信号，即为待测信号；

步骤S2：利用模拟测量系统对阵元增益进行测量，首先发射换能器不发射，将标准水听器接入模拟测量系统，调节测量系统滤波频率及带宽，使待测信号频率位测量频带范围内，观察测量放大器表盘读数，计算得噪声级NL₀；

步骤S3：完成噪声测量后，发射换能器开始发射指定声源级为SL的待测信号，计算到达声基阵处信号源级SL'₁，再计算得阵元输入信噪比SNR₁；

步骤S4：将第i路阵元信号接入模拟测量系统，按步骤2-3方法，分别测得阵元接收信号源级SL'₂与阵元接收噪声级NL₂，同样计算得阵元输出信噪比SNR₂，最后可计算出阵元增益G₁；

步骤S5：利用数字测量系统对指向性增益进行测量，首先将阵元信号接回原位，启动声纳接收处理程序，利用调试PC及声纳自身数字信号处理机组成数字测量系统，将第i路阵元数据以及与其指向相同的j路波束数据进行实时记录保存；

步骤S6：利用仿真分析工具，对保存的阵元数据与波束数据进行分析，对于取样截获的数据段x_{zy_n}、x_{zy_s}、x_{bs_n}、x_{bs_n}，计算各自的均方值σ_{zy_n}、σ_{zy_s}、σ_{bs_n}、σ_{bs_s}；