发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种能提高水听器阵列阵元在线灵敏度测量精度的方法，并提供了一种能有效提高在自由场水域内水听器阵列在线灵敏度测量精度的方法，实现了对水听器阵列在线灵敏度的准确测量。属于水声传感器参数测试技术领域。满足有水听器阵列在线灵敏度自由场校准准确测试需求，解决水听器阵列在现场测试时因受环境条件影响测试精度不足的问题，提高其现场测试精度。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种能提高水听器阵列阵元在线灵敏度测量精度的方法，该方法包括如下步骤：将标准声源与水听器阵列置于声场中并处于相同深度，使得标准声源与水听器阵列的间距为d₀，将标准水听器固定在水听器阵列上，标准声源与标准水听器之间的距离为d，标准水听器随着水听器阵列的移动而发生空间位置变化；标准声源在介质中辐射声波，移动m次被测水听器阵列，每次移动后均采集水听器阵列(3)N个阵元与标准水听器接收声波后产生的开路电压，利用水听器阵列的空间变化信息构造目标函数，将目标函数、水听器的相幅一致性与采集到的开路电压进行联合建模，并利用最优化方法对该模型E进行参数估计，得到水听器相幅一致性。

更进一步的，具体包括如下步骤：

1)、假设水听器阵列中第i个阵元接收到的信号为U_i(r_i,k)，标准声源的激励电压为I_s，发送电流响应为S_is，发送电流响应通过测量标准水听器两端的开路电压获得，用如下公式表示

式中，U_oc表示标准水听器两端的开路电压；M₀表示标准水听器的灵敏度；

控制激励源激励标准声源(1)，监测标准声源(1)的激励电流I_s；水听器阵列(3)接收信号，通过多通道信号调理系统后和信号源的发射信号同步被数据采集系统采集，并储存数据，同时，也保留水听器阵列(3)的方位信息；

2)、保持标准声源(1)的激励条件，改变水听器阵列(3)的空间方位，重复测量水听器阵列(3)上阵元所接收到的信号U_i(r_i,k,θ_k)，直到完成全部所需方位的阵列信号采集工作；

3)、提取测量数据，把数据代入模型E公式(2)，获得每个阵元与各个方位角有关的数据，计算得到阵元的在线灵敏度值；对所得到的数据进行最优化方法参数估计，即可得被测水听器阵列(3)阵元的复数灵敏度，获得每个阵元的在线灵敏度相幅一致性数结果；

模型E表示为：

其中，i为水听器阵列上第i个阵元，k为水听器阵列围绕声中心做的第k次方位角改变的次数；θ_k为水听器阵列在自由场空间内旋转第k次后所到达的方位角；r_i,k为水听器阵列上第i个阵元在阵列围绕声中心改变第k个方位后与标准声源的距离；M_i表示水听器阵列中第i个阵元的复数灵敏度；U_i(r_i,k)表示阵列移动后，第i个阵元的开路电压；I_s表示标准声源的激励电流；S_is表示声源的发送电流响应。

进一步地，标准声源是无指向性的，在测量过程中，其发送电流响应的波动不高于0.5dB，检测标准声源的激励电流i_s，利用标准水听器测量标准声源的辐射声压，从而监视标准声源发射电流响应的波动；

进一步地，水听器阵列阵元的最大尺寸远小于声波波长，且阵列阵元在声源的远场，阵列移动次数m要大于阵列的个数N，即m≥N+1；

进一步地，水听器阵列的空间移动包括平移与转动，且空间移动前后，水听器阵列阵元与声源之间的距离前后相差不小于10％；

最后，利用最优化方法对模型E进行参数估计，最优化方法包括最小二乘估计、最小均方误差估计、最大似然估计等，利用该最优化方法所给出的模型E进行参数估计，得到第i个水听器的复数灵敏度M_i。

本发明的有益效果为：本发明通过空间信息构造目标函数，利用最优化方法来实现对阵元灵敏度相幅一致性的测量，减少测量时不确定因素的影响，从而提高了测量的精度。它的特点如下：(1)利用被测阵列与标准声源间不同空间方位上接收到信号的差异，在自由场区域内测量阵元所接收到的信号，使阵元接收到的信号具有空间特性；(2)借助不同空间方位和阵元在阵列上的位置关系，建立被测阵元接收灵敏度的目标函数关系，获得每个阵元在每次测量的灵敏度；(3)对所建立的被测阵阵元灵敏度的目标函数进行估计，实现对阵元灵敏度的准确估计。通过这种方法，我们可以有效地降低水听器阵列阵元在线灵敏度测试时的测量不确定因素的影响，提高测试精度。

其次，整个测试需满足自由场条件，测试过程中，必须保持标准声源的发射状态不变。通过多次的不同空间方位的测试，然后提供空间的统计平均来消除测量不确定因素的影响，提高测试精度。