海底散射系數(shù)測量系統(tǒng)構(gòu)成及水聲信號源研制的中期報(bào)告

海底散射系數(shù)測量系統(tǒng)構(gòu)成及水聲信號源研制的中期報(bào)告海底散射系數(shù)測量系統(tǒng)構(gòu)成及水聲信號源研制的中期報(bào)告一、背景介紹海洋作為一個(gè)多彩多姿的生態(tài)系統(tǒng)，一直被人們所關(guān)注，也被廣泛地利用。海洋資源的開發(fā)和利用需要大量的數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)指導(dǎo)。海底散射系數(shù)是研究海洋水聲傳播的一個(gè)非常重要的參數(shù)，直接影響到水聲信號的傳輸距離和質(zhì)量。因此，研究海底散射系數(shù)具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量的研究工作，發(fā)展了各種不同的測量方法和裝置，其中最為常用的方法是通過發(fā)射聲源，利用水聲回波測量海底散射系數(shù)。但是，受限于水聲信號源的發(fā)展和制約，在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些問題。因此，本文研究的重點(diǎn)即為研制一種高性能的水聲信號源，旨在提高海底散射系數(shù)測量系統(tǒng)的精度和可靠性。二、系統(tǒng)構(gòu)成海底散射系數(shù)測量系統(tǒng)主要由聲源、接收裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三個(gè)部分組成。（一）聲源聲源是系統(tǒng)的核心部件，其發(fā)射的水聲信號直接影響到系統(tǒng)的測量精度。在國內(nèi)外已有的研究中，常用的聲源主要有激光、磁鐵式和壓電式等。本文采用的是壓電式聲源，主要原因是它有精度高、頻率范圍廣、調(diào)制方式靈活等優(yōu)點(diǎn)。（二）接收裝置接收裝置主要由水聲接收陣列、信號前置放大器、數(shù)據(jù)采集卡等組成。水聲接收陣列的作用是接收聲源發(fā)出的水聲信號，信號前置放大器將其放大后傳輸給數(shù)據(jù)采集卡。由于海底散射系數(shù)的測量需要較高的頻率分辨率和寬帶性能，因此需要選擇高性能的水聲接收陣列。（三）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件組成。計(jì)算機(jī)的主要作用是對接收到的信號進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和處理，根據(jù)處理結(jié)果測算出海底散射系數(shù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)需要注意噪聲的影響，需要進(jìn)行有效的降噪處理，以提高測量精度。三、水聲信號源研制（一）聲源的設(shè)計(jì)本文采用的是圓筒形壓電式水聲源。其主題結(jié)構(gòu)如下圖所示：其中，壓電陶瓷垂直安裝在圓柱殼內(nèi)，圓柱殼的外側(cè)布有多條壓電陶瓷補(bǔ)償片，其目的是使輸出信號的振幅以及相位為圓柱體表面的均勻分布。（二）聲源的制造1.制造壓電陶瓷模具首先，需要制造壓電陶瓷模具。該模具的主體為四邊形棱錐體，其底部為直徑5cm的圓形。將樣品粉末注入模具中，并進(jìn)行壓制和燒結(jié)處理，制備出約10mmx10mmx20mm的標(biāo)準(zhǔn)化陶瓷樣品。2.制備圓柱殼其次，制備圓柱殼。將壓電陶瓷垂直裝在圓柱殼內(nèi)，并進(jìn)行二次定位校準(zhǔn)，進(jìn)一步提高聲源的穩(wěn)定性。3.制造壓電陶瓷補(bǔ)償片最后，制造壓電陶瓷補(bǔ)償片。將樣品粉末填入模具中，進(jìn)行壓制和燒結(jié)處理。制成約1mm厚的補(bǔ)償片，并周邊進(jìn)行加工，精確控制外徑和厚度。制成約10mmx40mmx1mm大小的陶瓷補(bǔ)償片。（三）聲源性能測試完成聲源的制造后，需要進(jìn)行性能測試來驗(yàn)證聲源的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。測試選擇位于5m深度水下的試驗(yàn)場進(jìn)行。測試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)并制造的聲源具有較高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，適用于海底散射系數(shù)測量。四、總結(jié)本文介紹了海底散射系數(shù)測量系統(tǒng)的構(gòu)成及水聲信號源的研制。聲源作為系統(tǒng)的核心，對系統(tǒng)的測量精度起到了決定性作用。通過采用壓電陶