實(shí)驗(yàn)名稱：寬帶水聲陣列信號(hào)處理的原理及方法研究

研究方向：水下通信

測(cè)試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、噪聲發(fā)生器、ATA-2021B高壓放大器、前置放大器、可編程濾波放大器。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

實(shí)驗(yàn)在消聲水池中進(jìn)行，水池長(zhǎng)20.0m，寬80m，深7.0m。噪聲源距消聲水池池壁(寬度方向)約為2.0m，噪聲源正前方(圖示右方)有一擋板，擋板距消聲水池池壁約25m，擋板尺寸約為1.5mX1.5m。擋板正前方約0.5m處為接收陣。信號(hào)源位于接收基陣正前方約4.0m處，信號(hào)的傳播方向與接收陣的法線方向的夾角約為5°。噪聲源、擋板中心、信號(hào)源和接收陣距水面深度約為2.5m。其中信號(hào)源產(chǎn)生正弦信號(hào)，噪聲源產(chǎn)生的噪聲繞過(guò)一塊擋板被接收基陣接收，用以模擬空間白噪聲(顯然實(shí)驗(yàn)的噪聲模型與理論分析時(shí)的噪聲模型是有差異的)。

圖：實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

實(shí)驗(yàn)配置如上圖所示，信號(hào)和噪聲分別由兩個(gè)信號(hào)源產(chǎn)生。一路信號(hào)源產(chǎn)生單頻正弦信號(hào)，頻率為3.0kHz；另一路產(chǎn)生寬帶高斯白噪聲信號(hào)，然后通過(guò)一帶通濾波器，濾波器頻帶為25kHZ-45kHz。信號(hào)和噪聲產(chǎn)生后經(jīng)功率放大器放大后送至發(fā)射換能器輻射出去。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

實(shí)驗(yàn)以不同的信噪比分四次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分別記錄純?cè)肼暋NR-0dB、SNR=6dB和SNR-12dB情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每次采集的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為80000個(gè)點(diǎn)采樣頻率為20.0KHz。

圖6.4.3和6.4.4所示為SNR6dB時(shí)接收基陣中一個(gè)陣元的接收信號(hào)波形和其頻譜。

將所采集到的數(shù)據(jù)分成五不重疊的50段，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1024，然后對(duì)每段數(shù)據(jù)用信號(hào)相位匹配原理進(jìn)行方位估計(jì)，其不同信噪比條件下的估計(jì)結(jié)果如表6.4.1所示。

理論分析及仿真結(jié)果可見：

1.在低信噪比的條件下，由于噪聲實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c理論分析模型的差異，利用多元陣的信號(hào)相位匹配法進(jìn)行方位估計(jì)的方差較大，但隨噪聲的減小，估計(jì)方差迅速降低；

2.增加空間陣元數(shù)，在相同的信噪比的條件下可提高估計(jì)精度；

3.在空間方位譜方面，利用多元陣的信號(hào)相位匹配原理的空間方位譜的譜峰較常規(guī)波束形成器的譜峰尖銳的多。

電壓放大器推薦：ATA-2021B

圖：ATA-2021B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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