哈工程 声纳实验3、4模板2.doc

哈尔滨工程大学声纳技术实验报告实验3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2.1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shading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：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。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。波束形成器输出：，其中，是基元序号，是波束序号，信号的时间序号。3.实验内容 3.1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4.实验结果及数据分析4.1实验程序SNR=20;lamda=c./f0;D=lamda./2;N=21;maxdelay=(N-1).*D./c;Nmaxdelay=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,Nmaxdelay.*1+N0);end len=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; end tt=(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; ss(nn,:)=interp1(tt,sig0(nn,:),tt1-tc0); end sss(mm,:)=sum(ss,1); sss1(mm,:)=sum(ss(1:20,:),1); sss2(mm,:)=sum(ss(2:21,:),1); sout(mm)=std(sss(mm,:);% % mmend figure plot(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。 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：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。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.总结及心得体会通过本实验知道了时延补偿与