易地时间延时谱法在阵元幅度灵敏度一致性测量中的应用

　　通常情况下，水声换能器阵元间幅度灵敏度一致性的测量都是在自由场中，利用单频连续信号或单频脉冲信号，采用参考信号比较法或FFT信号处理的方法来测量的。其中脉冲声信号方法也可以用在非消声的有限水域中，在反射波影响可忽略的声场条件下，也可以采用扫频连续波信号，直接用扫频相位检测仪读取被测信号与参考信号的相位差。上述这些方法[1-2]都需要足够高的信噪比。时间延时谱(TDS)[3-7]法最初用于空气声的校准，后来被用于超声领域的水听器的幅度校准。它能获得更好的信噪比，分辨率与测量频率无关，在实际使用中更方便获得连续的频率响应。根据这些特点，我们把TDS 法用于阵元的幅度灵敏度测量中[8-9]。在水声换能器幅度灵敏度一致性测量[12]的实际应用中，阵元与发射器间定位的偏差引起的测量误差，发射器本身声场的不均匀也会使测量产生误差。为了消除这种声场的影响，在TDS法测量中采用易地测量传递函数，提出用易地传递函数法与 TDS法相结合的易地时间延时谱方法(TTDS)来测量水声换能器阵元的幅度灵敏度一致性，得到了比单一的TDS法更好的效果。

　　1 易地时间延时谱法

　　1.1 TDS基本原理

　　TDS法利用了声波在媒介中的有限传播时间来确保在校准中的自由场条件。对所有的应用，它有两个公共的关键特点：

　　1)TDS 法利用扫频信号来表现在测电声系统;

　　2)TDS技术允许自由场电声测量在反射环境中进行。最初，TDS法被用于空气声中音频段的测量。原理图如图1，其中频谱分析仪既用于发生扫频激励信号，又用于接收信号的解谐分析。利用它可以在两个信号间产生一个频率偏差，用中心频率跟随滤波器来选择接收信号的传播路径长度。这个频率偏差是与声波在媒介中的传播时间成比例的常数。

　　图1中直达声的传播时间：

　　其中，st是信号频率从startf 变化到stopf 的扫频时间。作为去谐的结果，只有特定传播时间的信号才能被接收。而反射波比直达声需要更长的传播时间，它的频率也更低。对固定的扫频速度，发射换能器发射的声波需要一些时间到达接收换能器，接收换能器接收到的信号瞬间频率的偏移为：

　　当去谐时，使选择的频率偏差等于Δf，也即选择了在发射换能器与接收换能器间的直达声信号，从而滤掉了测量场地中混响的影响。信号的空间分辨率Δx由跟随滤波器的带宽B决定：

　　而滤波器的带宽依赖于扫频速度的设置，对给定的扫频速度，滤波器的瞬态响应应以不干扰到被测对象的频率响应为度。在选择滤波器的带宽时，还应满足以下条件：