實驗名稱：寬(kuan)帶水聲(sheng)陣列信號處理(li)的原(yuan)理(li)及(ji)方法研究

　　研究方向：水下通信

　　測試設備：信號發生(sheng)器(qi)、噪聲發生(sheng)器(qi)、ATA-2021B高壓放大器(qi)、前置放大器(qi)、可編程濾(lv)波放大器(qi)。

　　實驗過程：

　　實驗在消(xiao)聲(sheng)(sheng)水(shui)池(chi)(chi)中(zhong)(zhong)進行，水(shui)池(chi)(chi)長20.0m，寬80m，深7.0m。噪(zao)聲(sheng)(sheng)源(yuan)距消(xiao)聲(sheng)(sheng)水(shui)池(chi)(chi)池(chi)(chi)壁(寬度方(fang)向(xiang)(xiang))約(yue)為(wei)2.0m，噪(zao)聲(sheng)(sheng)源(yuan)正(zheng)(zheng)前方(fang)(圖示右(you)方(fang))有一擋(dang)(dang)板(ban)(ban)，擋(dang)(dang)板(ban)(ban)距消(xiao)聲(sheng)(sheng)水(shui)池(chi)(chi)池(chi)(chi)壁約(yue)25m，擋(dang)(dang)板(ban)(ban)尺寸約(yue)為(wei)1.5mX1.5m。擋(dang)(dang)板(ban)(ban)正(zheng)(zheng)前方(fang)約(yue)0.5m處為(wei)接收(shou)陣。信(xin)(xin)號(hao)源(yuan)位(wei)于接收(shou)基陣正(zheng)(zheng)前方(fang)約(yue)4.0m處，信(xin)(xin)號(hao)的(de)傳播方(fang)向(xiang)(xiang)與接收(shou)陣的(de)法(fa)線(xian)方(fang)向(xiang)(xiang)的(de)夾角約(yue)為(wei)5°。噪(zao)聲(sheng)(sheng)源(yuan)、擋(dang)(dang)板(ban)(ban)中(zhong)(zhong)心、信(xin)(xin)號(hao)源(yuan)和接收(shou)陣距水(shui)面(mian)深度約(yue)為(wei)2.5m。其中(zhong)(zhong)信(xin)(xin)號(hao)源(yuan)產(chan)(chan)生正(zheng)(zheng)弦信(xin)(xin)號(hao)，噪(zao)聲(sheng)(sheng)源(yuan)產(chan)(chan)生的(de)噪(zao)聲(sheng)(sheng)繞過(guo)一塊擋(dang)(dang)板(ban)(ban)被(bei)接收(shou)基陣接收(shou)，用(yong)以模(mo)擬空間白噪(zao)聲(sheng)(sheng)(顯然實驗的(de)噪(zao)聲(sheng)(sheng)模(mo)型(xing)與理論(lun)分析時(shi)的(de)噪(zao)聲(sheng)(sheng)模(mo)型(xing)是(shi)有差異的(de))。

　　圖：實驗(yan)裝置示意(yi)圖

　　實驗配置(zhi)如上(shang)圖所示(shi)，信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)和(he)噪(zao)聲分(fen)別(bie)由兩個信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)源產(chan)生(sheng)。一(yi)路(lu)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)源產(chan)生(sheng)單頻正弦信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，頻率(lv)為3.0kHz；另一(yi)路(lu)產(chan)生(sheng)寬帶(dai)高斯白噪(zao)聲信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，然后通過(guo)一(yi)帶(dai)通濾波器(qi)，濾波器(qi)頻帶(dai)為25kHZ-45kHz。信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)和(he)噪(zao)聲產(chan)生(sheng)后經功率(lv)放(fang)大器(qi)放(fang)大后送至發射換(huan)能器(qi)輻(fu)射出去。

　　實驗結果：

　　實驗以不(bu)同的(de)信噪比(bi)分四次(ci)(ci)進行數據采(cai)集，分別記(ji)錄純(chun)噪聲、SNR-0dB、SNR=6dB和SNR-12dB情況下的(de)實驗結果，每次(ci)(ci)采(cai)集的(de)數據長度為80000個點采(cai)樣頻率(lv)為20.0KHz。

　　圖6.4.3和6.4.4所示為(wei)SNR6dB時接(jie)收基陣中(zhong)一(yi)個(ge)陣元的接(jie)收信(xin)號波(bo)形和其(qi)頻譜。

　　將所采集(ji)到的數(shu)據分成五不重疊的50段(duan)，數(shu)據長度為1024，然后對每段(duan)數(shu)據用信號相位(wei)匹配(pei)原(yuan)理進行方位(wei)估計，其不同信噪比條(tiao)件下的估計結果(guo)如表6.4.1所示(shi)。

　　理(li)論分析及(ji)仿真結果可見：

　　1.在(zai)低信噪(zao)比的條件下，由(you)于噪(zao)聲實驗(yan)模(mo)型與理論分析模(mo)型的差異，利用多(duo)元(yuan)陣的信號相位(wei)(wei)匹配法進(jin)行(xing)方位(wei)(wei)估計的方差較大，但隨噪(zao)聲的減(jian)小，估計方差迅(xun)速降低；

　　2.增加空間陣元數，在相同的(de)信(xin)噪比的(de)條(tiao)件下可提高估計精(jing)度；

　　3.在空間方(fang)位(wei)譜(pu)(pu)方(fang)面，利用多元陣(zhen)的(de)信號相位(wei)匹配(pei)原(yuan)理的(de)空間方(fang)位(wei)譜(pu)(pu)的(de)譜(pu)(pu)峰較(jiao)常規波束形成器的(de)譜(pu)(pu)峰尖銳的(de)多。

　　電壓(ya)放(fang)大器推薦：ATA-2021B

　　圖：ATA-2021B高壓放大器指標參數

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