声学参量阵是一种基于声学非线性效应的、可在远场形成差频声波的发射装置。由于声学参量阵具有指向性高和穿透能力强等优点,因此,在浅地层剖面测量、掩埋目标探测与识别、水下通信以及声音的定向传播等技术领域得到了广泛应用。本文系统研究了声学参量阵的工作原理,探讨了声学参量阵的一些关键技术,设计了声学参量阵测试系统,并在空气中进行了验证性实验。主要研究内容包括:(1)以非线性声学为基础,结合声参量阵的莱特希尔(Lighthill)波动方程、韦斯特维尔特(Westervelt)波动方程和伯克泰(H.O.Berktay)理论等专题知识,较系统地研究了声学参量阵的工作原理,并简要介绍了国内、外声学参量阵技术的现状及其发展历程。(2)根据声参量阵的发射原理和换能器阵理论,设计了一个3×3的九元圆形活塞组合矩形平面阵,详尽介绍了换能器阵元的选择、相邻阵元之间的间隔和换能器的驱动方式及其对声参量阵的影响,并分别对圆形活塞换能器及其组合平面阵等的指向性函数进行了数值模拟和分析。(3)设计了声学参量阵测试系统。该系统主要由声波发射器、接收器和基于LabVIEW的虚拟测试平台所构成。其中,发射器是由信号产生电路、脉冲信号控制电路和功率放大电路等功能模块所组成;接收器是由前端放大电路、带通滤波电路和末级放大电路等功能模块所组成。LabVIEW虚拟测试平台则用于产生脉冲信号、接收和处理回波信号。(4)通过电路简化、等效等手段,利用Simulink/MATLAB软件对测试系统中的声波接收器进行了理论建模与仿真;且分别采用理论和实验验证的方式,验证了模型的正确性,从而确保了仿真数据及结论的可靠性。同时利用该模型,分析了强声脉冲信号对声波接收器的影响,研究了强声脉冲环境下,电子元器件的毁伤特性。实验表明,发射器发出的85kHz和90kHz超声波信号在空气介质中产生了非线性效应,故而在远处“发出”了人耳可听的声音。频谱分析证实,测试系统接收到的回波信号包含了频率为5kHz的信号分量。从而证实了本文研制的声学参量阵及其测试系统达到了预期要求。