西工大声纳原理实验报告.doc

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1、《声纳原理》实验报告姓名:***班级:03051001学号:2010300092一、实验目的与要求1.了解最基本的声纳基阵阵形－均匀分布直线阵和圆阵的构成方法（本年度实验采用均匀分布圆阵）；2.初步掌握消声水池实验系统的基本构建方法；3.掌握利用声纳基阵输出信号进行目标方位估计的方法；4.掌握利用一定间距的两个水听器输出信号进行距离测量的方法。二、实验原理1.目标方位估计也就是给定一组空域传播信号s(t)在基阵中各阵元上的测量值，通过对这些测量值进行适当的处理，从中确定传播信号到达基阵的方位。在阵列信号处理中，这类问题通常称作目标的波达角

2、（DOA）估计问题。用于目标方位估计的基阵信号处理框图如右图所示，M个传感器构成接收基阵。对每路信号Xi(t)分别施加权值Wi(θ),各路求和得到基阵的输出函数y(t,θ)。该输出是方位角的函数，通常情况下也是时间的函数。常规技术的目的是依据一定的准则，选择一组权值，在基阵的输出端构造一个空间功率谱，然后从该功率谱的峰值位置来估计信号的入射方位。在基阵信号处理中，通常假设信号是窄带的，在窄带信号的假设条件下，每个通道只用一个复加权系数即可调整该路信号的幅度和相位，从而实现整个空间滤波器的传递函数的调整。Σx1(t)w1(θ)。y(t,θ)

3、。xM(t)wM(θ)基本的基阵处理原理图1.关于声纳测距的原理：有两个标准水听器同时接收声源发射的脉冲信号，根据这两个标听接收到信号的时间差，由已知的声信号在水中的传播速度，可以算出两水听器之间的距离。一、实验环境1.实验地点-航海学院消声水池：长20米、宽8米、深七米，六面消声2.实验仪器：信号发生器；功率发生器；滤波放大器；数据采集器，采样频率104kHz,采集数据是16进制整型数；示波器。3.接收基阵：12元均匀分布圆阵，直径为0.48米。水听器逆时针编号，深0.7米。两标听之间距离是8.02-6.22=1.80m,深度是3m。4

4、.信号源：CW信号，频率选为5700Hz，脉冲宽度可以选为15cyc，深三米。5.通道对应关系：水听器PF数采12-912-96-31-81-87-14两标听，前面那个对应所采集的14组数据中的第二组,后面对应第一组；通道参数说明：两标听channel1：量程正负2.719V；Channel2：量程正负2.257V；水听器通道量程51.45V；水池中声速为1450m/s。一、实验过程与数据记录方位测量实验系统构成；2、按上图连接好实验设备后，开始实验。由发射端发射七个脉冲信号，接收端接收信号并作相应处理后得到采样数据，该数据以十六进制整形

5、数的形式被存储记录下来。二、实验数据处理及结果1.方位测量1)根据目标方位估计的原理，选取常规波束形成法对实验所的数据进行处理。其目的在于选取一个适当的加权向量以补偿各个阵元的传播延时，从而使某一期望方向上到达基阵的信号在求和之间是同相的，进而在该方向上产生一个主瓣波束。2)如下图,圆阵上有十二个阵元,取圆心为坐标原点,依次取十二个阵元相对圆心的时间延迟。选用远场模型，设入射角为θ，容易得到第i个阵元的延迟τi=r×cos（θ-i×π6），则有sit=s(t-τi)。对该阵列信号做常规波束形成，求得其功率方位谱PCBF(θ)=1Nl=1N

6、

7、i=1Mej2πfτisit

8、2。利用matlab编写程序，带入相关数据，即可得到功率方位谱。θ1)在利用matlab做数据处理时，由于采集到的信号为实信号，数据在带入程序之前，需要对其进行Hilbert变换，从而将其转化为复信号，即原实信号的解析信号。Hilbert变换的方法在程序中体现。在选取数据时，应选取有效数据。用matlab画出一组采样数据图如下：根据上图可选取序号为13400—13650的数据作为样本数据进行处理，该样本数据具有很好的代表性。θ的步长选为一度。最后得到的功率方位谱图如下：由上图可读出目标信号的方位在327度，

9、即12号阵元向右偏3度的位置。1.距离测量1)由于有两个水听器分别接收脉冲信号，只要求出接收脉冲信号的时间差，再乘以声速，即可得两水听器之间的距离。2)有七段脉冲信号，先取这两组中对应的一段，分别找到它们第一次到达峰值的采样序列号，相减即得到序列号差。在对其他六段脉冲做同样处理，得到：Δd=[124125124125125125125]因此取Δd=125。则距离差ΔL=c×Δdfc，fc为采样频率。代入数据的ΔL=1.743m一、讨论1.在数据处理的过程中，一些方法会产生相应的误差：1)在方位测量中，实际实验时的环境为近场声场模型，由于本

10、人的能力及水平所限，处理数据时选用的是远场声场模型，因此所得到的功率方位谱会存在一定的误差。不过相信随着本人学术水平的提高，不久就能采用更好的方法来减小这种情况带来的误差。2)在进行Hilbe