开阔水域下换能器指向性实船校准方法研究

盛勇杰，王月兵，佟昊阳，赵 涵，刘海楠，沈 超

(1. 中国计量大学计量测试工程学院，浙江杭州 310018；2. 杭州应用声学研究所，浙江杭州 311499)

0 引 言

近年来，随着人们对海洋资源的重视度的提高，各个国家不断加大对海洋的开发投入，水声技术日益发展。受海洋科学研究、海洋资源开发、水声对抗技术等领域的需求推动，水声换能器的研究焦点集中在低频宽带、大功率、深水工作等方向[1]。指向性可以反映出换能器的发射响应或灵敏度随发射或入射声波方向的变化而变化的特性，是换能器的必测参数[2]。指向性图是描述换能器指向性响应的重要特征参量[3]。在消声水池中测量换能器指向性时，由于受到消声水池尺寸及消声材料吸声系数的限制，难以对低频换能器的指向性进行测量[4-5]；而在开阔水域对低频换能器指向性测量时，无法实现待测换能器及标准水听器的刚性吊放及姿态控制；如使用近场测量法[6-7]则需要近场测量基阵，基阵的尺寸较大，需要专门的吊装设备进行辅助控制，造价昂贵，效率不高，维护工作量较大，无法普及使用。

本文提出了一种基于超短基线定位和坐标转换的换能器指向性实船校准方法，设计了三维立体水听器阵列，利用各阵元接收声波的相位差定位，利用姿态传感器获得待测换能器和水听器阵列的姿态角参数，通过坐标转换获得同一坐标系下两者的相对位置和姿态来实现定向，依据各阵元采集到的声压幅值绘制出待测换能器的指向性图，并通过湖试与标准测量法结果的对比验证了方法的可行性与有效性。……