《哈工程 声纳实验3、4模板2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工程 声纳实验3、4模板2（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、哈尔滨工程大学声纳技术实验报告实验实验 3 等间距线列阵的波束形成等间距线列阵的波束形成姓 名： 班 级： 学 号： 2011 年 5 月 19 日1.实验目的实验目的学习利用 MATLAB 软件进行波束形成的模拟方法； 加深对波束形成的理解。2.基本原理基本原理2.1 波束形成的定义和物理意义：波束形成的定义和物理意义： 狭义来讲，波束形成技术是指将按一定几何形状（直线，圆柱等）排列的 多元基阵各阵元输出经过处理（例如加权、延时、求和等）形成空间指向性的 方法；广义上说，波束形成技术是将一个多元阵经适当处理时期对某些空间方 向的声波具有所需响应的方法。物理意义：等效空间滤波器，通过 shad
2、ing 和 weighting 的方式使空间接收 指向性发生变化。 2.2 延时求和波束形成原理：延时求和波束形成原理： 波束形成的基本原理可叙述为：对多元阵阵元接收的信号进行时延或相移 补偿，使基阵对预定方向的入射信号形成同相相加。实现空域滤波效果。 延时求和波束形成是将各基元信号进行适当组合，若波束形成器的时间延 时与声波入射方向相匹配时，信号产生等相位相加，相对于噪声得到增强。 未经波束形成的声波达到振源时形成的效果如下图所示。sind c01231N 常规波束形成，我们可以通过对换能器基阵进行时延，得到如下图所示的 情况。12121NN1NN0波束形成器输出：，其中，是基元序10)()
3、,(NiiiknxwknbL, 2, 1, 0ki号，是波束序号，信号的时间序号。kn3.实验内容实验内容 3.1 实验基本内容实验基本内容 1.产生带时延的阵元接收信号 2.产生一定信噪比下的信号 3.对信号进行补偿时延 4.波束输出 5.估计方位 3.2 实验流程图实验流程图确定预成波束的方位结合阵元位置 确定程差在不同的波束补偿时延将补偿程差后的 信号累加求功率画出不同波束的波束 输出结果估计方位开始4.实验结果及数据分析实验结果及数据分析4.1 实验程序实验程序 SNR=20; lamda=c./f0; D=lamda./2; N=21; maxdelay=(N-1).*D./c;Nm
4、axdelay=round(maxdelay.*fs); alpha=(-90:90)*pi./180; px=(0:N-1).*D; theta0=30*pi./180; N_delay0=D.*sin(theta0)./c.*fs; Wn=2*1000 2000/fs; bb=fir1(128,Wn,bandpass); t=0:1./fs:T; sig00=sqrt(2).*cos(2.*pi.*f0.*t); for mm=1:N;N0=round(N_delay0.*(mm-1);sig0(mm,:)=zeros(1,Nmaxdelay.*2-N0) sig00 zeros(1,Nm
5、axdelay.*1+N0); endlen=length(sig0(1,:); for mm=1:N; NN=normrnd(0,1,1,len); noise=filter(bb,1,NN); noise=noise/std(noise); noise=noise/10(SNR/20); sig(mm,:)=sig0(mm,:)+noise; endtt=(0:len-1)./fs;tt1=(Nmaxdelay+1:len-1-Nmaxdelay)./fs;for mm=1:length(alpha);for nn=1:N;tc0=(nn-1).*D.*sin(alpha(mm)./c;s
6、s(nn,:)=interp1(tt,sig0(nn,:),tt1-tc0); endsss(mm,:)=sum(ss,1);sss1(mm,:)=sum(ss(1:20,:),1);sss2(mm,:)=sum(ss(2:21,:),1);sout(mm)=std(sss(mm,:); % % mm endfigureplot(alpha.*180./pi,20.*log10(sout./max(sout)xlabel(方位角/度)ylabel(波束输出/分贝)title(时域波束形成)grid on程序首先产生输入信号，首先设定基阵参数和声波参数，其次对入射的目标信号的角度进行设定，这里假
7、设为 30 度。 通过对信号进行不同相位的补偿后相加，即得到了输出随实验变化的的波 束输出图，当没有噪声时波束输出如下图所示。 -100-80-60-40-20020406080100-30-25-20-15-10-50位 位 位 /位位 位 位 位 /位 位位 位 位 位 位 位通过对波束图的分析可以发现，基阵在 =30 度方向上响应最大，故可以得 到目标信号的入射角度为 30 度，与假设是相同的。由于信号是 30。角入射，所 以波束输出在 30。角时是最大的。此时，基阵实现了信号的同相相加，输出最 大。 上述两波束输出是在 SNR=200dB 时得到的结果，现在改变输入信号的信噪 比，在原
8、有信号的基础上加入一定 SNR 比值的噪声，并将该信号通过滤波器。 这里，我设定 SNR=2，可以得到下图：-100-80-60-40-20020406080100-14-12-10-8-6-4-20位 位 位 /位位 位 位 位 /位 位位 位 位 位 位 位与 SNR=200dB 时得到的响应结果是相同的，都为 30 度，因为波束输出图 所反映的是基阵的性质，基阵本身的参数没有改变自然不会对输出波形造成影 响。改变 SNR 的值只能使得在信号分析时准确程序有所增加在改变阵元数后可 以发现：N=30 时输出的波形图如下所示。所以当噪声提高时，只是使显示精度 有一定变化。形状不会有大变化。 当
9、增大基阵振源数量时，有如下变化。可见增加振源数确实可以使指向精 度提高，增加搜索精度。-100-80-60-40-20020406080100-30-25-20-15-10-50位 位 位 /位位 位 位 位 /位 位位 位 位 位 位 位阵元数目对于波峰数目是有影响的，通过比较观察，可以发现，时域波束 形成图中的尖峰数即为阵元个数，而频域图中各个尖峰之间会出现小的旁瓣， 也可以起到增加通带增益抑制阻带的作用，也对确定目标方位更有益处。 我另外又改变了振源间距 D,通过减小阵源间距可知明显出现了栅瓣。可见 出现了模糊。5.结论结论通过对波形的观察及更改实验中的各个参数值，可以直观地了解到基阵的 各个参数对实验中目标信号的检测的影响。可见在设计声纳系统时，各个参数 十分重要。6.总结及心得体会总结及心得体会通过本实验知道了时延补偿与相位补偿的真正含义，明白了带时延的信号 时如何与基阵联系起来。并且对 MATLAB 编程有了进一步领悟。发现自己有很 多不足，有待以后完善6. 对本实验过程及方法、手段的改进建议对本实验过程及方法、手段的改进建议希望今后上课能对实验的方法进行更加细致的辅导，不致是同学们失去方向。
