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：信號發生器、噪聲發生器、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據采集，分別記錄純噪聲、SNR-0dB、SNR=6dB和SNR-12dB情況下的實驗結果，每次采集的數據長度為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。

將所采集到的數據分成五不重疊的50段，數據長度為1024，然后對每段數據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，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

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