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原文传递一种固-液/液-固分层介质的目标定位方法

专利名称：	一种固-液/液-固分层介质的目标定位方法
摘要：	本发明公开了一种固‑液/液‑固分层介质的目标定位方法；所述方法包括：根据发射阵元发射的声脉冲经分层界面到达目标的旅行时和目标散射到达接收阵元的旅行时计算旅行时差T；接收阵元提前T发射逆向声束，使得发射阵元到目标正向接收的旅行时等于逆向接收的旅行时，在空间中的每一个点对上将发射阵元到各个接收阵元的信号进行卷积叠加，得到每种目标散射信号的山峰状声场分布，叠加后得到总声场分布；其最大值对应的点为目标的位置。本发明的方法可以将多个信号进行区分，并且抑制界面信号的干扰，对于固‑液/液‑固分层介质能够实现目标的检测与定位。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国科学院声学研究所
发明人：	杨红娟;汪承灏;高翔;马军;王文
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201811630444.8
公开号：	CN109781840A
代理机构：	北京方安思达知识产权代理有限公司
代理人：	陈琳琳;杨青
分类号：	G01N29/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	100190 北京市海淀区北四环西路21号
主权项：	1.一种固-液/液-固分层介质的目标定位方法；所述方法包括：根据发射阵元发射的声脉冲经分层界面到达目标的旅行时和目标散射到达接收阵元的旅行时计算旅行时差T；接收阵元提前T发射逆向声束，使得发射阵元到目标正向接收的旅行时等于逆向接收的旅行时，在空间中的每一个点对上将发射阵元到各个接收阵元的信号进行卷积叠加，得到每种目标散射信号的山峰状声场分布，叠加后得到总声场分布；其最大值对应的点为目标的位置。 2.根据权利要求1所述的固-液/液-固分层介质的目标定位方法，其特征在于，当分层介质为固-液时，所述方法具体包括：步骤1)换能器的1个发射阵元发射一个声脉冲，接收阵元接收声脉冲经过固-液分层介质的四个反射信号以及声脉冲经过目标散射的散射信号；所述反射信号包括PP信号、PS信号、SP信号和SS信号；所述散射信号包括：SPS信号，PPS信号，SPP信号和PPP信号；步骤2)将接收阵元接收到的每种散射信号进行时间反转处理后形成逆向声束，提前一个旅行时差将逆向声速发射出去；在发出逆向声束后的一个旅行时差之后，再利用发射阵元发射一个前向声束，步骤3)对于每对发射阵元和接收阵元；执行步骤1)至步骤2)，在空间中的每一个点对上对所述散射信号的前向声束和逆向声束分别进行卷积操作得到声场值，形成四个山峰状声场分布；步骤4)将四个山峰状声场分布进行叠加得到总声场分布，总声场分布中最大值对应的点为目标的位置。 3.根据权利要求2所述的固-液/液-固分层介质的目标定位方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：步骤2-1)接收阵元j发射的接收信号经过时间反转后的逆向声束分别为： SPS信号的逆向声束Rjss(t)为： PPS信号的逆向声束Rjps(t)为： SPP信号的逆向声束Rjsp(t)为： PPP信号的逆向声束Rjpp(t)为：其中，1≤j≤n，n为接收阵元的总数；a1j1,a1j2,a1j3,a1j4分别是PP信号，PS信号，SP信号，SS信号的界面反射系数，每个反射信号的旅行时分别是b1j1,b1j2,b1j3,b1j4分别为是SPS信号，PPS信号，SPP信号，PPP信号的散射系数；是发射阵元发射的信号经过界面到达目标的四种散射信号所用的旅行时；是从目标到接收阵元j的四种散射信号所需的旅行时； SPS信号，PPS信号，SPP信号，PPP信号的旅行时差分别为：步骤2-2)发射阵元发射的前向声束分别为： SPS信号的前向声束Fss(t)为： PPS信号的前向声束Fps(t)为： SPP信号的前向声束Fsp(t)为： PPP信号的前向声束Fpp(t)为： 4.根据权利要求3所述的固-液/液-固分层介质的目标定位方法，其特征在于，所述声场值的计算过程为： SPS信号的声场值：其中，(x,z)为空间中任一点的坐标，Fss(x,z,t)为Fss(t)在(x,z)的表达式； Rjss(x,z,t)为Rjss(t)在(x,z)的表达式； PPS信号的声场值：其中，Fps(x,z,t)为Fps(t)在(x,z)的表达式；Rjps(x,z,t)为Rjps(t)在(x,z)的表达式； SPP信号的声场值：其中，Fsp(x,z,t)为Fsp(t)在(x,z)的表达式；Rjsp(x,z,t)为Rjsp(t)在(x,z)的表达式； PPP信号的声场值：其中，Fpp(x,z,t)为Fpp(t)在(x,z)的表达式；Rjpp(x,z,t)为Rjpp(t)在(x,z)的表达式。 5.根据权利要求1所述的固-液/液-固分层介质的目标定位方法，其特征在于，当分层介质为液-固时，所述方法具体包括：步骤1′)换能器的1个发射阵元发射一个声脉冲，接收阵元接收声脉冲经过液-固分层介质的反射信号以及声脉冲经过目标散射的散射信号；所述反射信号包括PP信号；所述散射信号包括：PSS信号、PPS信号、PSP信号和PPP信号；步骤2′)将接收阵元接收到的每种散射信号进行时间反转处理后形成逆向声束，提前一个旅行时差将逆向声速发射出去；在发出逆向声束后的一个旅行时差之后，再利用发射阵元发射一个前向声束，步骤3′)对于每对发射阵元和接收阵元；执行步骤1)至步骤2)，在空间中的每一个点对上对四种散射信号的前向声束和逆向声束进行卷积操作得到声场值，形成四个山峰状声场分布；步骤4′)将四个山峰状声场分布进行叠加得到总声场分布，总声场分布中最大值对应的点为目标的位置。 6.根据权利要求5所述的固-液/液-固分层介质的目标定位方法，其特征在于，所述步骤2′)具体包括：步骤2-1′)接收阵元j发射的接收信号经过时间反转后的逆向声束分别为： PSS信号的逆向声束R′jss(t)为： PPS信号的逆向声束R′jps(t)为： PSP信号的逆向声束R′jsp(t)为： PPP信号的逆向声束Rjpp(t)为：其中，a′1j1分别是PP信号的界面反射系数，该反射信号的旅行时分别是b′1j1,b′1j2,b′1j3,b′1j4分别为是PSS信号，PPS信号，PSP信号，PPP信号的散射系数；是发射阵元发射的信号经过界面到达目标的四种散射信号所用的旅行时；是从目标到接收阵元j的四种散射信号所需的旅行时； PSS信号，PPS信号，PSP信号，PPP信号的旅行时差分别为：步骤2-2′)发射阵元发射的前向声束分别为： PSS信号的前向声束F′ss(t)为： PPS信号的前向声束F′ps(t)为： PSP信号的前向声束F′sp(t)为： PPP信号的前向声束F′pp(t)为： 7.根据权利要求6所述的固-液/液-固分层介质的目标定位方法，其特征在于，所述声场值的计算过程为： PSS信号的声场值：其中，(x,z)为空间中任一点的坐标，Fss′(x,z,t)为F′ss(t)在(x,z)的表达式； R′jss(x,z,t)为R′jss(t)在(x,z)的表达式； PPS信号的声场值：其中，F′ps(x,z,t)为F′ps(t)在(x,z)的表达式；R′jps(x,z,t)为R′jps(t)在(x,z)的表达式； PSP信号的声场值：其中，F′sp(x,z,t)为F′sp(t)在(x,z)的表达式；R′jsp(x,z,t)为R′jsp(t)在(x,z)的表达式； PPP信号的声场值：其中，F′pp(x,z,t)为F′pp(t)在(x,z)的表达式；R′jpp(x,z,t)为R′jpp(t)在(x,z)的表达式。
所属类别：	发明专利