水声测量中的宽频技术应用方法

　　1 引言

　　水声技术在海洋观测和水下目标探测中占有很重要的地位，是实现水下目标遥测的主要手段，随着技术的进步，新型声纳设备纷纷涌现、层出不穷，新型声纳技术的发展不断对水声测量技术提出适应现代新技术发展的更高要求。水声测量技术是水声技术发展的重要支柱与保障，它不但是校准、测试或鉴定水声换能器所必需的，而且是人们间接的用水声换能器来产生和测量一个水下声信号所必需的。为了更好地适应目前水声设备类型的增多、 频率范围的扩展、性能的提高与功能集成化的发展需求，水声测量技术也需要顺应时代的发展，不断应用现代电子、数字及其它科学技术，实现自身的进步。目前，在水声测量技术方面一直沿用传统声频测量技术，其中使用单频声脉冲测量技术来测量换能器的各项参数和指标是普遍被采用的技术手段。单频声脉冲在宽频范围内进行逐点扫描测试需要较长的时间，某些换能器频响特性的获取要求在相对短的时间内完成，避免其机电特性的漂移带来影响;另外谐振式换能器的暂态效应还会影响非消声水池中单频脉冲法的有效测试频率下限。如此看来，利用现代信号处理手段，研究宽带测试技术对解决传统测试条件下面临的技术问题和实现测试能力的提高具有重要意义。

　　本文针对水声测量中的宽频技术的应用开展研究工作，设计了水声换能器校准系统，运用现代信号处理技术实现了水听器的宽频噪声比较法校准系统，在该系统中同时可以进行单频脉冲比较法测量水声换能器，需要在测量频段内逐个频率点用扫频的方式测量响应曲线，测量速度较慢。 宽频噪声比较法是一种使用一定带宽的噪声信号进行测量，通过频率分析技术提取各个频率点的数据计算响应曲线的水声计量校准方法， 一次测量就可求得频段内的频响曲线，大大缩短了测量时间。

　　宽频噪声比较法测量系统由信号发生卡、数据采集卡、多通道示波器、双通道滤波器、功率放大器、计算机、发射换能器和标准水听器、待测水听器等组成。作为比较，在声学所水池用信号发生器、多通道示波器、双通道滤波器、功率放大器和计算机及一个发射换能器和两个水听器搭建了一个常规测试系统，用于脉冲比较法测量。 两套系统都编制了相关的软件，控制仪器实现信号的自动采集和处理、分析计算和结果输出等项功能。

　　2 水声测量比较法原理[1]

　　水听器的比较法校准是将一个未知灵敏度的水听器即待测水听器和一个标准水听器，如图1所示放到发射换能器的远场区域，标准水听器S和待测水听器X置于两个不同距离上进行比较测量。 由于它们处于同一发射器的远场中，按球面波的波面扩散规律，则有：