一种矢量水听器工作正常性的在线检测方法及系统与流程

本发明属于水声测量，具体涉及一种矢量水听器工作正常性的在线检测方法及系统。

背景技术：

1、矢量水听器能同步共点测量声场中的声压和质点振速的三个正交分量（x、y、z方向），广泛应用于水下目标探测、定位和海洋环境噪声测量。其通常包含四个通道：一个声压通道（p）和三个矢量通道（vx、vy、vz）。

2、矢量水听器需依靠弹性材料悬挂安装才能正常工作，而湖海试验环境复杂，布放过程中悬挂元件易发生失效导致水听器工作异常。然而布放后的实际工作状态难以直接检测；在实际使用或长期布放中，任一通道可能因电路故障、敏感元件失效等原因损坏。传统检测方法依赖外接校准信号源或回厂测试，无法实现快速、低成本的在线自检。

3、因此，需要一种简便、高效的方法在现场判断各通道是否工作正常。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术中矢量水听器现场工作状态难以检测、缺乏在线自检手段的问题，提供一种矢量水听器工作正常性的在线检测方法及系统，利用水听器在环境噪声场中的自一致性，无需额外的校准声源，可以在线检验矢量水听器是否正常工作。

2、本发明的技术解决方案是，提供一种矢量水听器工作正常性的在线检测方法，包括以下步骤：

3、s1，将待测矢量水听器置于声场中，同步采集预设时长内的声压通道信号以及三个正交方向的矢量通道信号；

4、s2，对采集到的四路信号进行预处理，所述预处理包括滤波处理；

5、s3，计算预处理后的声压通道信号的均方根值vp,rms，以及三个正交方向的矢量通道信号的均方根值vx,rms、vy,rms、vz,rms；并根据如下公式计算矢量通道的均方根合成值vrms；

6、s4比较矢量通道的均方根合成值vrms与所述声压通道信号的均方根值vp,rms，若两者之间的偏差不超过预设阈值，则判定所述矢量水听器所有通道工作正常；若两者之间的偏差超过预设阈值，则判定所述矢量水听器存在通道故障。

7、其中，矢量通道的均方根合成值通过如下公式计算：

8、

9、式中，vrms为均方根合成值，vx,rms、vy,rms、vz,rms分别为三个正交方向的矢量通道信号的均方根值，为介质的特性阻抗。

10、本发明提出了一种矢量水听器工作正常性在线检测的方法，利用了水中声压与正交的3分量矢量振速相关的原理，无需额外的校准声源，利用水中环境噪声对矢量水听器工作正常性进行在线检测。

11、作为优选，若所述矢量通道的均方根合成值vrms比所述声压通道信号的均方根值vp,rms大且超过预设阈值，则判定声压通道存在故障；若所述矢量通道的均方根合成值vrms比所述声压通道信号的均方根值vp,rms小且超过预设阈值，则判定矢量通道存在故障。

12、作为优选，所述预设阈值为±3db或±30%。

13、作为优选，所述步骤s2中的滤波处理包括带通滤波，用于去除直流分量和超高频噪声。

14、作为优选，所述声场为各向同性噪声场或扩散声场。

15、作为优选，所述步骤s1中，所述预设时长的取值使得在所述预设时长内采集的环境噪声信号满足各向同性噪声场或扩散声场的统计特性。

16、本发明还提供一种矢量水听器工作正常性的在线检测系统，包括：

17、采集单元，用于在将待测矢量水听器置于声场中后，同步采集预设时长内的声压通道信号以及三个正交方向的矢量通道信号；

18、预处理单元，用于对采集到的四路信号进行滤波处理；

19、计算单元，用于计算预处理后的声压通道信号的均方根值vp,rms，以及三个正交方向的矢量通道信号的均方根值vx,rms、vy,rms、vz,rms，以及根据三个矢量通道的均方根值计算矢量通道的均方根合成值vrms；

20、判定单元，用于比较所述矢量通道的均方根合成值vrms与所述声压通道信号的均方根值vp,rms，若两者之间的偏差不超过预设阈值，则判定所述矢量水听器所有通道工作正常；若两者之间的偏差超过预设阈值，则判定所述矢量水听器存在通道故障。

21、进一步的，所述判定单元还用于：

22、若所述矢量通道的均方根合成值vrms比所述声压通道信号的均方根值vp,rms大且超过预设阈值，则判定声压通道存在故障；

23、若所述矢量通道的均方根合成值vrms比所述声压通道信号的均方根值vp,rms小且超过预设阈值，则判定矢量通道存在故障。

24、进一步的，所述预设阈值为±3db或±30%。

25、进一步的，所述计算单元根据如下公式计算矢量通道的均方根合成值：

26、

27、式中，vrms为均方根合成值，vx,rms、vy,rms、vz,rms分别为三个正交方向的矢量通道信号的均方根值，为介质的特性阻抗。

28、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

29、（1）无需外部激励：利用环境噪声即可完成自检，无需额外的校准声源，操作方便，适用于工程现场。

30、（2）快速高效：计算量小，仅需计算均方根值和进行比较，可实现实时或准实时的在线监测。

31、（3）物理原理清晰：基于各向同性声场中声压与振速的统计关系，误判率低，检测结果可靠。

32、（4）成本低廉：纯软件算法实现，不增加任何硬件成本，易于推广使用。

33、（5）可定位故障通道：通过优选方案，可进一步区分是声压通道故障还是矢量通道故障，便于后续维修。

1.一种矢量水听器工作正常性的在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的矢量水听器工作正常性的在线检测方法，其特征在于，若所述矢量通道的均方根合成值比所述声压通道信号的均方根值大且超过预设阈值，则判定声压通道存在故障；若所述矢量通道的均方根合成值比所述声压通道信号的均方根值小且超过预设阈值，则判定矢量通道存在故障。

3.根据权利要求1或2所述的矢量水听器工作正常性的在线检测方法，其特征在于，所述预设阈值为±3db或±30%。

4.根据权利要求1所述的矢量水听器工作正常性的在线检测方法，其特征在于，所述矢量通道的均方根合成值通过如下公式计算：

5.根据权利要求1所述的矢量水听器工作正常性的在线检测方法，其特征在于，所述步骤s2中的滤波处理包括带通滤波，用于去除直流分量和超高频噪声。

6.根据权利要求1所述的矢量水听器工作正常性的在线检测方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述预设时长的取值使得在所述预设时长内采集的环境噪声信号满足各向同性噪声场或扩散声场的统计特性。

7.一种矢量水听器工作正常性的在线检测系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述判定单元还用于：

9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述预设阈值为±3db或±30%。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述计算单元根据如下公式计算矢量通道的均方根合成值：