具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种被动声纳浮标多通道信号间的幅度相位误差补偿方法，包括以下步骤：

步骤1：假设目标发送的信号为正弦信号，记为A为信号幅度，ω为信号频率，为信号相位；被动声呐浮标包含k个阵元；

步骤2：将每个阵元接收到的信号输入预处理系统，进行滤波和放大后形成k个通道输出信号，记为i为通道数，i＝1,2,…,k，A_i为第i个通道输出信号的幅度，为第i个通道输出信号的相位，每个通道对应一个阵元；信号的采集分析过程可以由示波器和上位机的Matlab仿真完成，在示波器中采集整屏的接收信号数据，存储为csv文件，导入Matlab并拟合出表达式A_k为拟合后信号幅度，ω为信号频率，为拟合后信号相位；

步骤3：计算：

幅度均方根幅度方差相位均方根相位方差其中

步骤4：计算A_ib＝MAX{abs(A_i-A_RMS)}和ib∈{1,2,…,k}，ic∈{1,2,…,k}，得到第ib个通道输出信号幅度与幅度均方根差值最大，第ic个通道输出信号相位与相位均方根差值最大；

步骤5：按步骤3的方法计算除第ib个通道之外其余k-1个通道输出信号的幅度均方根A_RMSb，计算除第ic个通道之外其余k-1个通道输出信号的相位均方根

步骤6：令A_ib等于A_RMSb，等于得到

步骤7：重复步骤3到步骤6，直到幅度方差的精度和相位方差的精度达到设定精度，完成幅度相位误差补偿。

具体实施例：

如图2所示，以均匀线阵的相位差为例，每个阵元接收到的远场声信号视为来波方向α(°)相等，即∠FBC＝α(°)。均匀线阵的阵元间距AB＝BC＝CD＝DE＝d(m)。已知，CF所在直线为波阵面(即CF⊥BF)，则相邻阵元接收信号的声程差BF(m)＝dcosα＝cτ，其中c(m/s)为水下声速，τ(s)为来波时间差。理想情况下只需在信号预处理输出端测得相邻通道的相位差根据可得，相位差的弧度值即为来波时间差τ。则理想情况下的来波方向

实际测量中，由于误差在信号处理端输出的相位差为其中即为电路器件不一致性引起的额外偏差，该偏差会导致一个错误的来波方向估计，即

为尽可能避免上述错误，本发明利用工业器件(如电阻、电容和运放等)对不同频率的信号的延迟衰减，在一定温度环境下相对稳定的原理，对已有的电路设计，在工作温度范围内，测量不同频率的一致性误差，作为工作中的补偿依据。

使用常规波束形成算法，以16元均匀直线阵为例，一般情况下阵元间距d(m)为半波长，来波方向设置为20°。给阵元间距依次插入一个随机数(该随机数服从期望为0，方差为0.01的正态分布)，以此来模拟实际测量中可能出现的系统误差。

图3是理想阵元间距产生的波束图，图4和图5是给阵元间距插入随机数后形成的波束图及对应的随机数组。可以看出在受到系统误差影响的情况下，会出现错误的来波方向估计结果，或者完全无法估计来波方向。本发明的效果能够通过提前将各通道补偿到实测信号，降低各通道间幅度相位差的方差，提升整体差异指标，从而达到减小对方向估计结果的影响，实现更精准的方向估计等目的。

如图1，远场入射信号波阵面视为等距平面，由声纳浮标均匀直线阵接收后进入预处理电路。从信号发生器中产生一个标准正弦信号输入预处理电路，经过示波器采集输出波形数据后，在上位机中拟合分析并记录幅度相位差值，用该差值对待测信号进行补偿，并进行后续处理。

图6是使用信号发生器产生的标准正弦信号，幅度0.5V，频率3kHz(ω＝2πf≈18850rad/s)，通过浮标预处理电路后从5个通道分别采集的波形数据。可以看出幅度上出现了明显偏差，相位上偏差不大。

使用matlab中的cftool函数拟合工具对五个通道的输出信号进行拟合，得到的正弦波近似函数如图7所示。

从图6可以看出，五通道的输出信号分别为s₁＝0.5258sin(18825t+0.0816)，s₂＝0.4978sin(18825t+0.08236)，s₃＝0.5057sin(18825t+0.08225)，s₄＝0.5153sin(18825t+0.05675)，s₁＝0.5023sin(18825t+0.08798)。

可以计算其幅度均方根为0.509479V，方差为0.000126；初相位均方根值为0.078953°，方差为0.00015。因此这里需要对第一路的幅度和第四路的相位进行补偿。表1为补偿前各通道参数：

表1补偿前各通道参数

补偿方法为去掉待补偿通道的数值后再次计算均方根值，以新的均方根值作为补偿标准，则补偿值分别为A’＝A₂₃₄₅-A₁＝0.505316-0.5258＝-0.020484V，

补偿后，新的输出信号应为s₁’＝0.505316sin(18825t+0.0816)和s₄’＝0.5153sin(18825t+0.083587)，此时幅度均方根值为0.505316V，方差为4.14×10^-5，初相位均方根值为0.083587°，方差为6.63×10^-6。表2为第一次补偿后各通道参数。

表2第一次补偿后各通道参数

由上述过程可见，通道间方差较大时，一轮补偿即可将方差降低一个数量级。若需要更精确的指标，可以在此基础上选择另一路偏离均方根值最大的通道，进行第二轮补偿，从而得到更小的方差和更整齐的整体测量值。