實驗名稱：寬帶水聲陣列信號處理的原理及方法研究

　　研究方向：水下通信

　　測試設備：信號發(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。

　　實驗過程：

　　實驗在消聲水池中進行，水池長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。信號源位于接收基陣正前方約4.0m處，信號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、信號源和接收陣距水面深度約為2.5m。其中信號源產生正弦信號，噪聲源產生的噪聲繞過一塊擋板被接收基陣接收，用以模擬空間白噪聲(顯然實驗的噪聲模型與理論分析時的噪聲模型是有差異的)。

圖：實驗裝置示意圖

　　實驗配置如上圖所示，信號和噪聲分別由兩個信號源產生。一路信號源產生單頻正弦信號，頻率為3.0kHz；另一路產生寬帶高斯白噪聲信號，然后通過一帶通濾波器，濾波器頻帶為25kHZ-45kHz。信號和噪聲產生后經功率放大器放大后送至發(fā)射換能器輻射出去。

　　實驗結果：

　　實驗以不同的信噪比分四次進行數(shù)據(jù)采集，分別記錄純噪聲、SNR-0dB、SNR=6dB和SNR-12dB情況下的實驗結果，每次采集的數(shù)據(jù)長度為80000個點采樣頻率為20.0KHz。

　　圖6.4.3和6.4.4所示為SNR6dB時接收基陣中一個陣元的接收信號波形和其頻譜。

　　將所采集到的數(shù)據(jù)分成五不重疊的50段，數(shù)據(jù)長度為1024，然后對每段數(shù)據(jù)用信號相位匹配原理進行方位估計，其不同信噪比條件下的估計結果如表6.4.1所示。

　　理論分析及仿真結果可見：

　　1.在低信噪比的條件下，由于噪聲實驗模型與理論分析模型的差異，利用多元陣的信號相位匹配法進行方位估計的方差較大，但隨噪聲的減小，估計方差迅速降低；

　　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精度；

　　3.在空間方位譜方面，利用多元陣的信號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高壓放大器指標參數(shù)

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