本发明属于气液两相流测量领域，具体涉及一种基于空泡阵列激发声波相位的波前调控系统及方法。
背景技术：
1、空泡及其空化过程涉及船舶、能源以及机械等多个领域，这些领域中往往存在着气液两相流现象，如空化的产生造成了蒸汽轮船效率的下降、空化的产生伴随的高温高压往往应用于冶金行业、激光击碎结石也是利用空化的高速射流冲击。对空泡动力学的进一步研究，有助于人们掌握复杂的气液两相流机理，从而为工业生产以及日常生活提供指导。
2、相控阵天线可以进行灵活的波束扫描且响应快速，其波束扫描功能是通过控制各辐射单元馈源相位，来改变方向图最大值的指向来实现的。其具备的电扫描功能与机械扫描相比功能更加强大，因此在国内外收到广泛的关注和重视，各国学者倾注了大量心血进行了研究设计，应用到了航空航天、雷达探测、地理测绘等等众多领域当中。
3、当激光辐射到靶材表面时由于材料表面对激光的吸收，使得表面温度迅速升高，当表面温度达到材料熔点时将发生熔融现象，继续加热到材料表面温度达到汽化温度时表面将发生汽化现象，如果蒸汽粒子继续吸收激光能量，蒸汽温度继续升高，最后将导致蒸汽分子电离，形成在空气中传播的超音速冲击波，在材料内部也形成一高压冲击波。在激光与液体相互作用中，高温高压等离子体产生后就会压缩周围液体对外膨胀，在等离子前产生一系列压缩波的叠加，经扩展衰减为声波，而后提出的空泡空化现象也是激光击穿液体物质时伴随的物理现象之一。
4、在现有的空泡声脉冲领域中，国内外学者往往针对如何消除空泡声脉冲造成的不利影响进行研究，如潜艇在行驶过程中螺旋桨驱动会产生的空泡声脉冲信号，这对军事安全产生重大影响。而现有的针对空泡脉动产生声波信号研究往往针对的是单空泡，与空泡阵列相比单空泡脉动辐射声脉冲信号不但方向性差而且在远距离传播过程中信号会逐渐消散，信号受干扰程度较重；除此以外，通过调控空泡阵列激发声波相位可以实现波前调控，形成不同方向的主波束从而大大提高探测的精确度。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于空泡阵列激发声波相位的波前调控系统及方法，通过控制多空泡产生的声波相位形成一指定方向的主波束增强了空泡声脉冲信号，使得声脉冲信号可以进行远距离传播，而改变馈电相位即可改变声波相位从而改变空泡声脉动信号方向，实现水下大范围空间内多个目标的快速探测与精确跟踪。
2、实现本发明目的的具体技术方案为：
3、一种基于空泡阵列激发声波相位的波前调控系统，包括空泡阵列激发单元和声脉冲信号采集单元；
4、所述空泡阵列激发单元用于激发空泡序列，从而辐射声脉冲信号，生成扫描波束；
5、所述声脉冲信号采集单元用于采集扫描波束信号，并进行信号处理，得到波束扫描结果。
6、进一步的，所述空泡阵列激发单包括上位机、波束控制器、馈电网络、移相器和激光器；
7、所述上位机、波束控制器、馈电网络、移相器和激光器依次连接；
8、所述上位机通过波束形成算法依次控制波束控制器、馈电网络和移相器，通过馈电相位的改变，控制激光器产生不同的空泡序列，空泡序列中的空泡脉动对外辐射声脉冲信号，声脉冲信号叠加即形成扫描主波束。
9、进一步的，所述声脉冲信号采集单元包括声脉冲信号采集器、示波器；
10、所述声脉冲信号采集器和示波器连接，示波器和上位机连接；
11、所述声脉冲信号采集器用于采集声脉冲信号，并将采集到的声脉冲信号传递至示波器，用于展示；
12、所述示波器将声脉冲信号传递至上位机，上位机对声脉冲信号进行处理，得到扫描结果。
13、进一步的，所述激光器采用脉冲式激发，所述激光器发出激光的一侧设置平凸聚焦透镜。
14、进一步的，所述激光器有多个，且每个激光器均有与其对应设置的移相器与之匹配，每个移相器分别与馈电网络连接。
15、进一步的，所述上位机通过多种波束形成算法控制辐射阵元的馈电相位从而改变阵元的来波信号，使得激光器产生不同指向方向的空泡声脉动信号，上位机通过改变馈电相位即可实现空泡声脉动信号方向的改变，在不改变激光器方向的情况下，实现大范围空间内多个目标的快速探测与精确跟踪。
16、本发明还提供一种基于上述系统的一种基于空泡阵列激发声波相位的波前调控方法，包括以下步骤：
17、步骤、开启激光器，上位机通过各波束形成算法依次控制波束控制器、馈电网络和移相器，控制辐射阵元的馈电相位，馈电相位的改变使得激光器各阵元通道来波信号相位发生改变，从而控制激光器产生指定的空泡序列；
18、步骤、激光器发射的激光束经过耐激光平凸透镜聚焦形成高激光能量密度的光斑，在水中激发诱导产生空泡，空泡在脉动过程中对外辐射声脉冲信号；
19、步骤、空泡在脉动过程中向外释放冲击波形成波阵面，冲击波在短距离内快速衰减为可以在水中远距离传播的声脉冲信号，不同的空泡序列产生的声波波前叠加在指定方向上形成主波束，从而实现水下探测；
20、步骤、主波束中的声脉冲信号在扫描过程中，遇到障碍物时被反射，被声脉冲信号采集器所采集由示波器所显示，声脉冲信号数据经上位机处理后得到测量值，改变馈电相位即可实现改变空泡声脉动信号方向，从而实现大范围空间内多个目标的快速探测与精确跟踪。
21、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
22、本发明的方案结合了空泡动力学以及相控阵天线技术，通过控制多空泡产生的声波相位形成一指定方向的主波束增强了空泡声脉冲信号，使得声脉冲信号可以进行远距离传播，而改变馈电相位即可改变声波相位从而改变空泡声脉动信号方向，实现水下大范围空间内多个目标的快速探测与精确跟踪，探测光路简单易于搭建。
23、下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。
1.一种基于空泡阵列激发声波相位的波前调控系统，其特征在于，包括空泡阵列激发单元和声脉冲信号采集单元；
2.根据权利要求1所述的基于空泡阵列激发声波相位的波前调控系统，其特征在于，所述空泡阵列激发单包括上位机(1)、波束控制器(2)、馈电网络(3)、移相器(4)和激光器(5)；
3.根据权利要求2所述的基于空泡阵列激发声波相位的波前调控系统，其特征在于，所述声脉冲信号采集单元包括声脉冲信号采集器(8)、示波器(9)；
4.根据权利要求2所述的基于空泡阵列激发声波相位的波前调控系统，其特征在于，所述激光器(5)采用脉冲式激发，所述激光器(5)发出激光的一侧设置平凸聚焦透镜。
5.根据权利要求2所述的基于空泡阵列激发声波相位的波前调控系统，其特征在于，所述激光器(5)有多个，且每个激光器(5)均有与其对应设置的移相器(4)与之匹配，每个移相器(4)分别与馈电网络(3)连接。
6.根据权利要求2所述的基于空泡阵列激发声波相位的波前调控系统，其特征在于，所述上位机(1)通过多种波束形成算法控制辐射阵元的馈电相位从而改变阵元的来波信号，使得激光器(5)产生不同指向方向的空泡声脉动信号，上位机(1)通过改变馈电相位即可实现空泡声脉动信号方向的改变，在不改变激光器方向的情况下，实现大范围空间内多个目标的快速探测与精确跟踪。
7.根据权利要求3系统的一种基于空泡阵列激发声波相位的波前调控方法，其特征在于，包括以下步骤：