应用案例

实验名称：宽带水声阵列信号处理的原理及方法研究

研究方向：水下通信

测试设备：信号发生器、噪声发生器、ATA-2021B高压放大器、前置放大器、可编程滤波放大器。

实验过程：

　　实验在消声水池中进行，水池长20.0m，宽80m，深7.0m。噪声源距消声水池池壁(宽度方向)约为2.0m，噪声源正前方(图示右方)有一挡板，挡板距消声水池池壁约25m，挡板尺寸约为1.5mX1.5m。挡板正前方约0.5m处为接收阵。信号源位于接收基阵正前方约4.0m处，信号的传播方向与接收阵的法线方向的夹角约为5°。噪声源、挡板中心、信号源和接收阵距水面深度约为2.5m。其中信号源产生正弦信号，噪声源产生的噪声绕过一块挡板被接收基阵接收，用以模拟空间白噪声(显然实验的噪声模型与理论分析时的噪声模型是有差异的)。

　　图：实验装置示意图

　　实验配置如上图所示，信号和噪声分别由两个信号源产生。一路信号源产生单频正弦信号，频率为3.0kHz；另一路产生宽带高斯白噪声信号，然后通过一带通滤波器，滤波器频带为25kHZ-45kHz。信号和噪声产生后经功率放大器放大后送至发射换能器辐射出去。

实验结果：

　　实验以不同的信噪比分四次进行数据采集，分别记录纯噪声、SNR-0dB、SNR=6dB和SNR-12dB情况下的实验结果，每次采集的数据长度为80000个点采样频率为20.0KHz。

　　图6.4.3和6.4.4所示为SNR6dB时接收基阵中一个阵元的接收信号波形和其频谱。

　　将所采集到的数据分成五不重叠的50段，数据长度为1024，然后对每段数据用信号相位匹配原理进行方位估计，其不同信噪比条件下的估计结果如表6.4.1所示。

　　理论分析及仿真结果可见：

　　1.在低信噪比的条件下，由于噪声实验模型与理论分析模型的差异，利用多元阵的信号相位匹配法进行方位估计的方差较大，但随噪声的减小，估计方差迅速降低；

　　2.增加空间阵元数，在相同的信噪比的条件下可提高估计精度；

　　3.在空间方位谱方面，利用多元阵的信号相位匹配原理的空间方位谱的谱峰较常规波束形成器的谱峰尖锐的多。

　　电压放大器推荐：ATA-2021B

　　图：ATA-2021B高压放大器指标参数

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