Фазоимпульсный метод оценки времени пробега звуковой волны при измерениях скорости звука в водной среде

Рассмотрены вопросы повышения точности измерений скорости звука в воде с использованием как эталонных установок, так и малогабаритных автономных измерителей. Обсуждены способы оценки времени пробега звуковой волны при измерениях скорости звука в водной среде времяпролётным методом с переменной базой. Показаны общие недостатки этих способов – малое количество характерных точек сигналов, используемых для оценки временных интервалов, и субъективность выбора характерных точек. Предложен вариант фазоимпульсного метода, позволяющий получать интегральную оценку времени пробега звуковой волны. Приведено теоретическое обоснование применимости метода для измерения скорости звука в водной среде. Время пробега оценивают по частотной зависимости набега фазы звуковой волны, которую получают как разность фазовых спектров (взаимный фазовый спектр) разнесённых по времени приёма копий широкополосных сигналов. В отсутствие дисперсии звука взаимный фазовый спектр представляет собой пропорциональную частоте зависимость набега фазы звуковой волны. Аппроксимируя взаимный фазовый спектр линейной регрессионной моделью, частотную зависимость преобразуют в числовой параметр, с точностью до 2π равный времени пробега звуковой волны. Использование взаимного фазового спектра позволяет исключить субъективный фактор при выборе характерных точек сигнала, контролировать качество эксперимента, значительно повышать помехозащищённость измерений, улучшать статистические характеристики получаемой оценки. Описан эксперимент по опробованию предложенного метода. Найденные оценки скорости звука не уступают по точности эмпирическим формулам и стандартизованным табличным значениям. Полученные результаты будут полезны при дальнейших исследованиях, направленных на повышение точности измерений скорости звука с применением фазоимпульсного метода до точности, предъявляемой к эталонным установкам.

скорость звука, время пробега звуковой волны, времяпролётный метод, характерные точки, фазоимпульсный метод, взаимный фазовый спектр, частотная зависимость набега фазы