声相仪技术指标定义及检验方法

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声相仪技术指标定义及检验方法

杨亦春

中国科学院声学研究所

 

 

1)        孔径

直径：1m (±0.1m)，采用皮尺测量。

指声相仪上传声器阵列的最外侧直径。

2)        测量频率范围

测量频率范围：20~20000Hz，可通过调节传声器测量范围进行测试检验。

指声相仪上传声器的3dB测量频率范围。

3)        成像频率上限

成像频率上限：4800Hz (±200Hz);

定义：又称无虚像频率上限，由阵列的阵元的最小间距决定，定义为在摄像头视角范围内不出现虚声像的最高频率；

检验方法： 在阵列前方1m视角一侧边缘布放1个声源，调整声像范围为0~-3dB，调节声源频率，从3kHz逐步往上调整，直到在视角范围内出现另外一个与声相相当而不存在的虚像，且虚像中心与原像对称。此时，得到的声源频率即为声相仪的频率上限。

4)        成像频率下限

成像频率下限：300Hz (±50Hz);

定义：又称像分离频率下限，由阵列的分辨能力决定，声相仪所能够分辨出两个声源的最低频率，其理论值是最大半波长应小于阵列孔径；

检验方法：在阵列前方1m视角边缘布放两个声源，调整声像范围为0~-3dB，调节声源频率，从1kHz逐步往下调整，直到两个声像的蓝色部分恰好接触，此时若再往下调整声源频率将无法分离。此时，得到的声源频率即为声相仪的频率下限。

5)        定位精度

定位精度：3cm (±0.5cm)；

定义：声像图中心正对1kHz标准声源实际中心的精确度，指声相仪对声源的定位能力。

检验方法：对于1m距离的1kHz标准声源，声像斑漂移的范围，用方差来表示。

6)        声光偏离度

偏离度：2cm (±0.5cm)；

定义：视频图像与1kHz标准声源声像图重叠时的偏差；

检验方法：在视角中心和四个角位置，采用声-光复合声像校准器发声定位声源，测量此时声像中心与校准器中心偏离的距离，取平均值，得到定位精度。

7)        成像干涉度

成像干涉度：15cm；

定义：指声相仪对相干声源的分离能力。

检验方法：在确保不形成驻波声场的前提下，在正前方1m位置布放两个1kHz声源，调整声像范围为0~-3dB，两个声源不断靠近，直到两个声源无法分离，测量此时两个声源的距离。

8)        响应速度

响应速度：4帧/秒 (±1帧/秒)；

定义：取得一帧声像图所需要的时间，反映声相仪的信号处理速度；

检验方法：在1分钟内记录声成像的帧数，计算得到每秒多少帧。

9)        最大探测距离

最大探测距离：200m (±10m)；

定义：能够取得清晰声像的最远距离，与声源的强度和信噪比有关；

检验方法：在一定距离进行声成像并增大距离，直到无法定位。

10)    最小探测距离

最小探测距离：0.1m (±0.02 m)；

定义：能够分辨声源的最小距离，与阵列的结构有关；

检验方法：在正前方1m位置布放一个1kHz声源，调整声像范围为0~-3dB，每10cm减小声源到阵列的距离，直到无法测量，此时为最小探测距离。

11)    本底噪声

本底噪声：26dB (±2dB)；

定义：包括传感器自噪声、非线性畸变、电磁干扰、量化误差产生的噪声和电路热噪声；

检验方法：在全消声室内关闭所有声源，测量此时的噪声水平。

12)    成像动态范围

成像动态范围：16dB~134dB；

定义：能够得到足够信噪比的最小信号和在无非线性失真情况下最大声压的范围，以dB表示；

检验方法：从94dB开始不断减小声源声压级，直到无法定位，即成像下限；从94dB开始不断增大声压级，直到超过量程，即成像上限。

13)    阵列增益

阵列增益：16dB (±1dB)；

定义：传声器阵列输出信噪比与单一阵元信噪比的比值，对应噪声抑制能力，理论值 ；

检验方法：将阵列放在在全消声室一侧，无声源时的，记录此时噪声信号；在另一侧播放声音，记录此时信号，从频谱图中获得信噪比作为阵列增益。可以从声相仪的定点提取声源信号分析频谱。

14)     信号增强（dB）：

定义：阵列对正前方声波测量的放大量，即相对于单一阵元的信号增益，对应信号放大能力，以dB表示，理论值 ；

检验方法：将1kHz标准声源放置在正前方1m处，从合成信号的强度来反映信号增强能力，即合成信号与单一阵元信号的幅度比。

15)    主瓣宽度

主瓣宽度：17° (±2°)；

定义：用1kHz标准声源的波束图中的3dB半功率点或主瓣的零点之间的对应的角度，也可以用6dB指向角或者12dB指向角来表示；

检验方法：以白噪声作为测试声源所测量得到的3dB波束宽度

16)    旁瓣级

旁瓣级：-10dB (±1dB)；

定义：视场角内第一个旁瓣相对于主瓣的落差，旁瓣级决定了对观测方向以外干扰达信号的抑制能力；

检验方法：在正前方1m位置布放一个1kHz声源，调整声像范围知道在主声相之外出现蓝色声相，此时声相范围即为虚像抑制能力。

17)    电池工作时间

电池工作时间：≥10h

检验方法： 声相仪电池的连续工作时间。

18)    视角

左右：±30^o (±3^o)，上下：±27^o(±3^o)；

检验方法：将两个参考物放在声相仪前1m处，分别放置在声相仪视角最两端，再测得两参考物间的距离，根据几何关系得到视角。