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一種測量參量陣差頻波與同頻小振幅波信號相位差的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水聲測量領(lǐng)域，具體涉及一種測量參量陣差頻波與同頻小振幅波信號相位差的方法。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)信號發(fā)生器產(chǎn)生兩路觸發(fā)信號；參量陣聲源和小振幅波聲源在Δt時間間隔后分別發(fā)射信號，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；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相位差。本發(fā)明測量數(shù)據(jù)的處理方法簡單，不需要復(fù)雜的信號處理算法。
【專利說明】一種測量參量陣差頻波與同頻小振幅波信號相位差的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水聲測量領(lǐng)域，具體涉及一種測量參量陣差頻波與同頻小振幅波信號 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有所差別。在參量陣的應(yīng)用中需要測量這種相 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。關(guān)于相位差的測量在信號分 析、電力電子、通訊和導(dǎo)航定位等技術(shù)中有廣泛應(yīng)用，如直接閘門計數(shù)法、過零點(diǎn)法、固定相 移法等，這些方法均是測量兩個連續(xù)正弦信號的相位差。本發(fā)明針對測量參量陣差頻波與 同頻小振幅波信號相位差的問題，發(fā)明了一種測量脈沖信號相位差的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種計算方法簡單的測量參量陣差頻波與同頻小振幅波 信號相位差的方法。
[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 發(fā)生器產(chǎn)生兩路觸發(fā)信號，分別對參量陣聲源和小振幅波聲源的信號源進(jìn)行觸發(fā)，觸發(fā)信 號的間隔Λ t在1?5倍的信號源發(fā)射脈沖信號脈寬范圍內(nèi)，觸發(fā)信號對采集器進(jìn)行觸發(fā)， 即在觸發(fā)信號到達(dá)時刻開始接收信號的采集并保存；
[0007] (2)參量陣聲源和小振幅波聲源在At時間間隔后分別發(fā)射信號，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；
[0008] (3)第一水聽器和第二水聽器接收到的信號均為兩個脈沖信號，截取第一水聽器 接收信號中的第一個脈沖信號，并把截取的第一個脈沖信號與第一水聽器接收的全部信號 進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第一個相關(guān)峰的最大值位置，記為N1 ;截取第二水聽器接 收信號中的第一個脈沖信號，把截取的第一個脈沖信號與第二水聽器接收的全部信號進(jìn)行 相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第一個相關(guān)峰的最大值位置，記為N2 ;
[0009] (4)截取第一水聽器接收信號中的第二個脈沖信號，并把截取的第二個脈沖信號 與第一水聽器接收的全部信號進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個相關(guān)峰的最大值位 置，記為N3;截取第二水聽器接收信號中的第二個脈沖信號，截取的第二個脈沖信號與第 二水聽器接收的全部信號進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個相關(guān)峰的最大值位置，記 為N4 ;
[0010] (5)對Nl、N2、N3、Μ進(jìn)行計算，得到參量陣差頻波與同頻小振幅波信號相位差 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)信號參量陣差頻波或同頻小振幅波信號的周期； 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、可以測量兩個脈沖信號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測量結(jié)果的影響較小，對實(shí)驗(yàn)條 件的要求不高；
[0016] 3、由于采用了短時間內(nèi)分別發(fā)射參量陣信號和小振幅波信號，水介質(zhì)隨時間的變 化對測量結(jié)果影響較??；
[0017] 4、實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的處理方法簡單，不需要復(fù)雜的信號處理算法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是實(shí)驗(yàn)設(shè)備連接示意圖。
[0019] 圖2是兩個水聽器的接收信號。
[0020] 圖3是截取的第一個脈沖信號。
[0021] 圖4是截取的第一個脈沖信號與第一個水聽器接收信號相關(guān)處理結(jié)果。
[0022] 圖5是截取的第一個脈沖信號與第二個水聽器接收信號相關(guān)處理結(jié)果。
[0023] 圖6是截取的第二個脈沖信號。
[0024] 圖7是截取的第二個脈沖信號與第一個水聽器接收信號相關(guān)處理結(jié)果。
[0025] 圖8是截取的第二個脈沖信號與第二個水聽器接收信號相關(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)例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[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)信號發(fā)生器的作用是產(chǎn)生兩路觸發(fā)信號，分別對參量陣聲源和小振幅波 聲源對應(yīng)的信號源進(jìn)行觸發(fā)，觸發(fā)信號的間隔At在1?5倍的信號源發(fā)射脈沖信號脈寬 范圍內(nèi)。其中一路觸發(fā)信號對采集器進(jìn)行觸發(fā)，即在觸發(fā)信號到達(dá)時刻開始接收信號的采 集并保存。
[0029] 2、系統(tǒng)工作時，參量陣聲源和小振幅波聲源在At時間間隔后分別發(fā)射信號，采 集器采集并保存水聽器3和水聽器4接收到的信號。
[0030] 3、水聽器3和水聽器4接收到的信號均為兩個脈沖信號，截取水聽器3接收信號 中的第一個脈沖信號，并把截取的脈沖信號與整個水聽器3接收信號進(jìn)行相關(guān)處理，找出 處理結(jié)果中第一個相關(guān)峰的最大值位置，記為N1 ;再把截取的脈沖信號與整個水聽器4接 收信號進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第一個相關(guān)峰的最大值位置，記為N2。
[0031] 4、截取水聽器3接收信號中的第二個脈沖信號，并把截取的脈沖信號與整個水聽 器3接收信號進(jìn)仃相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個相關(guān)峰的最大值位置，記為Ν3 ;冉把截 取的脈沖信號與整個水聽器4接收信號進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個相關(guān)峰的最 大值位置，記為Ν4。

【權(quán)利要求】
1. 一種測量參量陣差頻波與同頻小振幅波信號相位差的方法，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)信號發(fā)生器產(chǎn)生兩路觸發(fā)信號，分別對參量陣聲源和小振幅波聲源的信號源進(jìn)行 觸發(fā)，觸發(fā)信號的間隔△ t在1?5倍的信號源發(fā)射脈沖信號脈寬范圍內(nèi)，觸發(fā)信號對采集 器進(jìn)行觸發(fā)，即在觸發(fā)信號到達(dá)時刻開始接收信號的采集并保存； (2) 參量陣聲源和小振幅波聲源在At時間間隔后分別發(fā)射信號，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； (3) 第一水聽器和第二水聽器接收到的信號均為兩個脈沖信號，截取第一水聽器接收 信號中的第一個脈沖信號，并把截取的第一個脈沖信號與第一水聽器接收的全部信號進(jìn)行 相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第一個相關(guān)峰的最大值位置，記為N1 ;截取第二水聽器接收信 號中的第一個脈沖信號，把截取的第一個脈沖信號與第二水聽器接收的全部信號進(jìn)行相關(guān) 處理，找出處理結(jié)果中第一個相關(guān)峰的最大值位置，記為N2 ; (4) 截取第一水聽器接收信號中的第二個脈沖信號，并把截取的第二個脈沖信號與第 一水聽器接收的全部信號進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個相關(guān)峰的最大值位置，記 為N3 ;截取第二水聽器接收信號中的第二個脈沖信號，截取的第二個脈沖信號與第二水聽 器接收的全部信號進(jìn)行相關(guān)處理，找出處理結(jié)果中第二個相關(guān)峰的最大值位置，記為N4 ; (5) 對N1、N2、N3、N4進(jìn)行計算，得到參量陣差頻波與同頻小振幅波信號相位差ΛΦ
其中：fs為采樣頻率；T為暫態(tài)信號參量陣差頻波或同頻小振幅波信號的周期；△ Φ為 所求的相位差，單位為度。
【文檔編號】G01S7/536GK104062645SQ201410298876
【公開日】2014年9月24日 申請日期: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 申請人:哈爾濱工程大學(xué)