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一種測(cè)量參量陣差頻波與同頻小振幅波信號(hào)相位差的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水聲測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量參量陣差頻波與同頻小振幅波信號(hào)相位差的方法。本發(fā)明包括：在水中吊放參量陣聲源、小振幅波聲源、第一水聽器和第二水聽器，觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生兩路觸發(fā)信號(hào)；參量陣聲源和小振幅波聲源在Δt時(shí)間間隔后分別發(fā)射信號(hào)，采集器采集并保存第一水聽器和第二水聽器接收到的信號(hào)；進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中的相關(guān)峰；得到參量陣差頻波與同頻小振幅波信號(hào)相位差。本發(fā)明測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方法簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的信號(hào)處理算法。
【專利說(shuō)明】一種測(cè)量參量陣差頻波與同頻小振幅波信號(hào)相位差的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水聲測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量參量陣差頻波與同頻小振幅波信號(hào) 相位差的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 參量陣廣泛應(yīng)用于水聲定位、水聲導(dǎo)航、水中通訊、水下探測(cè)等許多方面。參量陣 是利用了介質(zhì)的非線性作用，由聲源發(fā)射兩個(gè)頻率相近的高強(qiáng)聲波（原波），在其互作用區(qū) 內(nèi)產(chǎn)生所需的差頻聲波。參量陣差頻聲波的傳播規(guī)律依賴于原波頻率下的介質(zhì)參數(shù)，而海 水介質(zhì)通常含有氣泡和微小沙粒等，其聲學(xué)參數(shù)是頻率的函數(shù)。因而，海水中參量陣差頻聲 波和同頻小振幅波在傳播過程中相位變化會(huì)有所差別。在參量陣的應(yīng)用中需要測(cè)量這種相 位差的變化，
[0003] 實(shí)際應(yīng)用中參量陣多發(fā)射正弦波填充的脈沖信號(hào)。關(guān)于相位差的測(cè)量在信號(hào)分 析、電力電子、通訊和導(dǎo)航定位等技術(shù)中有廣泛應(yīng)用，如直接閘門計(jì)數(shù)法、過零點(diǎn)法、固定相 移法等，這些方法均是測(cè)量?jī)蓚€(gè)連續(xù)正弦信號(hào)的相位差。本發(fā)明針對(duì)測(cè)量參量陣差頻波與 同頻小振幅波信號(hào)相位差的問題，發(fā)明了一種測(cè)量脈沖信號(hào)相位差的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種計(jì)算方法簡(jiǎn)單的測(cè)量參量陣差頻波與同頻小振幅波 信號(hào)相位差的方法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] (1)在水中吊放參量陣聲源、小振幅波聲源、第一水聽器和第二水聽器，觸發(fā)信號(hào) 發(fā)生器產(chǎn)生兩路觸發(fā)信號(hào)，分別對(duì)參量陣聲源和小振幅波聲源的信號(hào)源進(jìn)行觸發(fā)，觸發(fā)信 號(hào)的間隔Λ t在1?5倍的信號(hào)源發(fā)射脈沖信號(hào)脈寬范圍內(nèi)，觸發(fā)信號(hào)對(duì)采集器進(jìn)行觸發(fā)， 即在觸發(fā)信號(hào)到達(dá)時(shí)刻開始接收信號(hào)的采集并保存；
[0007] (2)參量陣聲源和小振幅波聲源在At時(shí)間間隔后分別發(fā)射信號(hào)，采集器采集并 保存第一水聽器和第二水聽器接收到的信號(hào)；
[0008] (3)第一水聽器和第二水聽器接收到的信號(hào)均為兩個(gè)脈沖信號(hào)，截取第一水聽器 接收信號(hào)中的第一個(gè)脈沖信號(hào)，并把截取的第一個(gè)脈沖信號(hào)與第一水聽器接收的全部信號(hào) 進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第一個(gè)相關(guān)峰的最大值位置，記為N1 ;截取第二水聽器接 收信號(hào)中的第一個(gè)脈沖信號(hào)，把截取的第一個(gè)脈沖信號(hào)與第二水聽器接收的全部信號(hào)進(jìn)行 相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第一個(gè)相關(guān)峰的最大值位置，記為N2 ;
[0009] (4)截取第一水聽器接收信號(hào)中的第二個(gè)脈沖信號(hào)，并把截取的第二個(gè)脈沖信號(hào) 與第一水聽器接收的全部信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個(gè)相關(guān)峰的最大值位 置，記為N3;截取第二水聽器接收信號(hào)中的第二個(gè)脈沖信號(hào)，截取的第二個(gè)脈沖信號(hào)與第 二水聽器接收的全部信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個(gè)相關(guān)峰的最大值位置，記 為N4 ;
[0010] (5)對(duì)Nl、N2、N3、Μ進(jìn)行計(jì)算，得到參量陣差頻波與同頻小振幅波信號(hào)相位差 Δ Φ Γ π Λ , i(,V2 - ,V1) - (yV4 - yV3 )1· 360
[0011] ΔΦ = ^- L.T
[0012] 其中：fs為采樣頻率；T為暫態(tài)信號(hào)參量陣差頻波或同頻小振幅波信號(hào)的周期； Δ Φ為所求的相位差，單位為度。
[0013] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0014] 1、可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)脈沖信號(hào)傳播過程中的相位差；
[0015] 2、水下吊放的聲源和水聽器在水中的位置變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較小，對(duì)實(shí)驗(yàn)條 件的要求不高；
[0016] 3、由于采用了短時(shí)間內(nèi)分別發(fā)射參量陣信號(hào)和小振幅波信號(hào)，水介質(zhì)隨時(shí)間的變 化對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小；
[0017] 4、實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方法簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的信號(hào)處理算法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是實(shí)驗(yàn)設(shè)備連接示意圖。
[0019] 圖2是兩個(gè)水聽器的接收信號(hào)。
[0020] 圖3是截取的第一個(gè)脈沖信號(hào)。
[0021] 圖4是截取的第一個(gè)脈沖信號(hào)與第一個(gè)水聽器接收信號(hào)相關(guān)處理結(jié)果。
[0022] 圖5是截取的第一個(gè)脈沖信號(hào)與第二個(gè)水聽器接收信號(hào)相關(guān)處理結(jié)果。
[0023] 圖6是截取的第二個(gè)脈沖信號(hào)。
[0024] 圖7是截取的第二個(gè)脈沖信號(hào)與第一個(gè)水聽器接收信號(hào)相關(guān)處理結(jié)果。
[0025] 圖8是截取的第二個(gè)脈沖信號(hào)與第二個(gè)水聽器接收信號(hào)相關(guān)處理結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖1?6和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0027] 本發(fā)明包括：
[0028] 1、如圖1所示連接儀器設(shè)備，并在水中吊放參量陣聲源1、小振幅波聲源2、水聽器 3和水聽器4。觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器的作用是產(chǎn)生兩路觸發(fā)信號(hào)，分別對(duì)參量陣聲源和小振幅波 聲源對(duì)應(yīng)的信號(hào)源進(jìn)行觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)的間隔At在1?5倍的信號(hào)源發(fā)射脈沖信號(hào)脈寬 范圍內(nèi)。其中一路觸發(fā)信號(hào)對(duì)采集器進(jìn)行觸發(fā)，即在觸發(fā)信號(hào)到達(dá)時(shí)刻開始接收信號(hào)的采 集并保存。
[0029] 2、系統(tǒng)工作時(shí)，參量陣聲源和小振幅波聲源在At時(shí)間間隔后分別發(fā)射信號(hào)，采 集器采集并保存水聽器3和水聽器4接收到的信號(hào)。
[0030] 3、水聽器3和水聽器4接收到的信號(hào)均為兩個(gè)脈沖信號(hào)，截取水聽器3接收信號(hào) 中的第一個(gè)脈沖信號(hào)，并把截取的脈沖信號(hào)與整個(gè)水聽器3接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，找出 處理結(jié)果中第一個(gè)相關(guān)峰的最大值位置，記為N1 ;再把截取的脈沖信號(hào)與整個(gè)水聽器4接 收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第一個(gè)相關(guān)峰的最大值位置，記為N2。
[0031] 4、截取水聽器3接收信號(hào)中的第二個(gè)脈沖信號(hào)，并把截取的脈沖信號(hào)與整個(gè)水聽 器3接收信號(hào)進(jìn)仃相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個(gè)相關(guān)峰的最大值位置，記為Ν3 ;冉把截 取的脈沖信號(hào)與整個(gè)水聽器4接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個(gè)相關(guān)峰的最 大值位置，記為Ν4。

【權(quán)利要求】
1. 一種測(cè)量參量陣差頻波與同頻小振幅波信號(hào)相位差的方法，其特征在于： (1) 在水中吊放參量陣聲源（1)、小振幅波聲源（2)、第一水聽器（3)和第二水聽器 (4)，觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生兩路觸發(fā)信號(hào)，分別對(duì)參量陣聲源和小振幅波聲源的信號(hào)源進(jìn)行 觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)的間隔△ t在1?5倍的信號(hào)源發(fā)射脈沖信號(hào)脈寬范圍內(nèi)，觸發(fā)信號(hào)對(duì)采集 器進(jìn)行觸發(fā)，即在觸發(fā)信號(hào)到達(dá)時(shí)刻開始接收信號(hào)的采集并保存； (2) 參量陣聲源和小振幅波聲源在At時(shí)間間隔后分別發(fā)射信號(hào)，采集器采集并保存 第一水聽器和第二水聽器接收到的信號(hào)； (3) 第一水聽器和第二水聽器接收到的信號(hào)均為兩個(gè)脈沖信號(hào)，截取第一水聽器接收 信號(hào)中的第一個(gè)脈沖信號(hào)，并把截取的第一個(gè)脈沖信號(hào)與第一水聽器接收的全部信號(hào)進(jìn)行 相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第一個(gè)相關(guān)峰的最大值位置，記為N1 ;截取第二水聽器接收信 號(hào)中的第一個(gè)脈沖信號(hào)，把截取的第一個(gè)脈沖信號(hào)與第二水聽器接收的全部信號(hào)進(jìn)行相關(guān) 處理，找出處理結(jié)果中第一個(gè)相關(guān)峰的最大值位置，記為N2 ; (4) 截取第一水聽器接收信號(hào)中的第二個(gè)脈沖信號(hào)，并把截取的第二個(gè)脈沖信號(hào)與第 一水聽器接收的全部信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個(gè)相關(guān)峰的最大值位置，記 為N3 ;截取第二水聽器接收信號(hào)中的第二個(gè)脈沖信號(hào)，截取的第二個(gè)脈沖信號(hào)與第二水聽 器接收的全部信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個(gè)相關(guān)峰的最大值位置，記為N4 ; (5) 對(duì)N1、N2、N3、N4進(jìn)行計(jì)算，得到參量陣差頻波與同頻小振幅波信號(hào)相位差ΛΦ
其中：fs為采樣頻率；T為暫態(tài)信號(hào)參量陣差頻波或同頻小振幅波信號(hào)的周期；△ Φ為 所求的相位差，單位為度。
【文檔編號(hào)】G01S7/536GK104062645SQ201410298876
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】陳文劍, 孫輝, 張明輝, 朱廣平 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)