均匀间距线列阵波束形成器.docx

实验3均匀间距线列阵波束形成器

姓名：逯仁杰
班级：20120001（12级陈赓1班）
学号：2012011112

1.实验目的
通过本实验的学习，加深对《声纳技术》中波束形成和方位估计的概念理解，理解声纳信号处理的基本过程，为今后声纳信号处理的工作和学习建立概念、奠定坚实的基础。
2.实验原理
波束形成器的本质是一个空间滤波器。当对基阵各基元接收信号作补偿处理，使得各基元对某个特定方向上的信号能够同相相加，获得一个最大的响应输出（幅度相加）；相应的各基元对其它方向的信号非同相相加，产生一定的相消效果的响应输出（对于各基元噪声相互独立的情况时功率相加）。这就是波束形成的工作原理。
常用的波束形成方法主要有时延波束形成法和频域波束形成法。在此基础上针对不同的阵形、设计要求以及背景噪声特性下还发展了许多波束形成算法。针对不同的阵形时的波束形成方法是指依赖于阵形的特殊性（如直线阵、圆阵、体积阵等）而得到的波束形成算法：如直线阵波束形成法、圆阵波束形成法，体积阵波束形成法等。
针对不同的设计要求也衍生出多种新型的波束形成算法。当对不同的频率响应要求相同的波束宽度时有恒定束宽波束形成法，当对波束的旁瓣级有要求时可采用切比雪夫加权波束形成法。当要求对阵列误差具有宽容性响应时失配条件下的波束形成器[6,362-382]。
如果利用噪声干扰的统计特性有高分辨最小方差无畸变响应（MVDR）波束形成法，线性约束最小方差（LCMV）波束形成法，线性约束最小功率（LCMP）波束形成法，自适应波束形成法等。
但不管是何种波束形成方法，其目的均是在干扰背景下获取某个方向的信号或估计信号的方位。下面仅给出时延波束形成和相移波束形成的基本原理。
时延波束形成法（时域）

相移波束形成法（频域）

3.实验内容
（1）仿真等间距直线阵基元接收信号，对所接收信号进行延时波束形成，估计目标方位；分析波束形成性能。
参数：阵元数16，中心频率1500Hz，带宽500Hz，信号脉宽20ms，信噪比20dB。
（2）采用频域波束形成方法对所接收信号进行波束形成，估计目标方位，分析波束形成性能。
参数不变。
实验结果及数据分析
clc;
clearall;
closeall;

N=input('请输入阵元数:');
f0=1500;
B=500;
c=1500;
T=0.02;
d=0.5*c/f0;
fs=100*f0;
A=0.1;
L=3*(N-1)*d/c;
t=0:1/fs:L;

theta0=input('请输入目标方位角（角度）:');
theta0=theta0/180*pi;
x=zeros(N,length(t));
fork=0:N-1
if(theta0<0)
tao=fix((N-k-1)*d*sin(theta0)/c*fs)-1;
x(k+1,-tao:end)=A*sin(2*pi*f0*t(1:length(t)+1+tao));
else
tao=fix(k*d*sin(theta0)/c*fs)+1;
x(k+1,tao:end)=A*sin(2*pi*f0*t(1:length(t)+1-tao));
end
end
plot(x');
set(gca,'FontSize',20);
title('各基元接收到的信号（无噪声）');
xlabel('t/s'),ylabel('A/v');

fortheta=-90:90
y=zeros(size(x));
if(theta>0)
fork=0:N-1
tao=fix(k*d*sin(theta/180*pi)/c*fs)+1;
y(k+1,1:length(t)+1-tao)=x(k+1,tao:end);
end
else
fork=0:N-1
tao=fix((N-k-1)*d*sin(theta/180*pi)/c*fs)-1;
y(k+1,1:length(t)+1+tao)=x(k+1,-tao:end);
end
end
sumy=sum(y);
ps(theta+91,:)=sum(sumy.*sumy)/length(sumy);
end
figure
plot(-90:90,20*log10(ps'/max(ps)));
set(gca,'FontSize',20);
title('时域波束形成（无噪声）');
xlabel('{\theta}/度');
ylabel('输出/dB');
gridon

取基元为16，入射角为30度，也的确在30度输出最大。

n=normrnd(0,1,1,length(t));
w=2*[f0-B/2,f0+B/2]/fs;
b=fir1(128,w,'bandpass');
n