海底散射系数测量系统构成及水声信号源研制的中期报告.docx

海底散射系数测量系统构成及水声信号源研制的中期报告
海底散射系数测量系统构成及水声信号源研制的中期报告
一、背景介绍
海洋作为一个多彩多姿的生态系统，一直被人们所关注，也被广泛地利用。海洋资源的开发和利用需要大量的数据支撑和科学指导。海底散射系数是研究海洋水声传播的一个非常重要的参数，直接影响到水声信号的传输距离和质量。因此，研究海底散射系数具有重要的理论意义和实际应用价值。
目前，国内外学者已经开展了大量的研究工作，发展了各种不同的测量方法和装置，其中最为常用的方法是通过发射声源，利用水声回波测量海底散射系数。但是，受限于水声信号源的发展和制约，在实际应用中仍面临一些问题。因此，本文研究的重点即为研制一种高性能的水声信号源，旨在提高海底散射系数测量系统的精度和可靠性。
二、系统构成
海底散射系数测量系统主要由声源、接收装置和数据处理系统三个部分组成。
（一）声源
声源是系统的核心部件，其发射的水声信号直接影响到系统的测量精度。在国内外已有的研究中，常用的声源主要有激光、磁铁式和压电式等。本文采用的是压电式声源，主要原因是它有精度高、频率范围广、调制方式灵活等优点。
（二）接收装置
接收装置主要由水声接收阵列、信号前置放大器、数据采集卡等组成。水声接收阵列的作用是接收声源发出的水声信号，信号前置放大器将其放大后传输给数据采集卡。由于海底散射系数的测量需要较高的频率分辨率和宽带性能，因此需要选择高性能的水声接收阵列。
（三）数据处理系统
数据处理系统主要由计算机及相应的软件组成。计算机的主要作用是对接收到的信号进行采集、存储和处理，根据处理结果测算出海底散射系数。进行数据处理时需要注意噪声的影响，需要进行有效的降噪处理，以提高测量精度。
三、水声信号源研制
（一）声源的设计
本文采用的是圆筒形压电式水声源。其主题结构如下图所示：
其中，压电陶瓷垂直安装在圆柱壳内，圆柱壳的外侧布有多条压电陶瓷补偿片，其目的是使输出信号的振幅以及相位为圆柱体表面的均匀分布。
（二）声源的制造
1.制造压电陶瓷模具
首先，需要制造压电陶瓷模具。该模具的主体为四边形棱锥体，其底部为直径5cm的圆形。将样品粉末注入模具中，并进行压制和烧结处理，制备出约10mmx10mmx20mm的标准化陶瓷样品。
2.制备圆柱壳
其次，制备圆柱壳。将压电陶瓷垂直装在圆柱壳内，并进行二次定位校准，进一步提高声源的稳定性。
3.制造压电陶瓷补偿片
最后，制造压电陶瓷补偿片。将样品粉末填入模具中，进行压制和烧结处理。制成约1mm厚的补偿片，并周边进行加工，精确控制外径和厚度。制成约10mmx40mmx1mm大小的陶瓷补偿片。
（三）声源性能测试
完成声源的制造后，需要进行性能测试来验证声源的稳定性和准确性。测试选择位于5m深度水下的试验场进行。测试结果表明，本文设计并制造的声源具有较高的稳定性和准确性，适用于海底散射系数测量。
四、总结
本文介绍了海底散射系数测量系统的构成及水声信号源的研制。声源作为系统的核心，对系统的测量精度起到了决定性作用。通过采用压电陶瓷制造声源，并在5m深度水下进行性能测试，验证出了所研制声源的可靠性和准确性。在后续的工作中，我们将进一步完善系统，并对其进行实际应用。