實(shí)驗(yàn)名稱：激光水聲波達(dá)角測(cè)量

　　研究方向：激光水聲傳感，激光實(shí)體孔徑擴(kuò)展

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：激光感聲測(cè)量的聲光響應(yīng)機(jī)制是遠(yuǎn)場(chǎng)條件下聲波沿激光傳播路徑的空間積分效應(yīng)。這種特殊的響應(yīng)機(jī)制結(jié)合常規(guī)陣列信號(hào)處理方法，可顯著提升波達(dá)方向(DOA)估計(jì)的角分辨率。在消聲水池中創(chuàng)造遠(yuǎn)場(chǎng)聲信號(hào)，對(duì)激光感聲DOA估計(jì)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并對(duì)比分析兩種算法的分辨力。

　　測(cè)試設(shè)備：ATA-L4水聲功率放大器；水聲換能器；傳感器等。

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖：實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)示意圖

　　1.將激光感聲設(shè)備和水聲換能器布放到水下指定深度，調(diào)整兩者距離，以滿足遠(yuǎn)場(chǎng)平面波條件。

　　2.利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生指定頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)功率放大器ATA-L4水聲功率放大器進(jìn)行指定倍數(shù)的放大，然后作用于水聲換能器，激發(fā)聲信號(hào)。

　　3.激光感聲設(shè)備接收聲信號(hào)，解算聲源角度信息。

　　4.調(diào)整位置，使用高精度旋轉(zhuǎn)臺(tái)在xoy和xoz平面內(nèi)分別將傳感器從-6°旋轉(zhuǎn)到+6°（步長(zhǎng)0.5°），模擬聲源目標(biāo)在仰角和方位角上的角位移。觸發(fā)聲源發(fā)射30個(gè)正弦脈沖序列（每個(gè)序列包含10個(gè)75kHz的振蕩周期）。

　　5.傳感器接收信號(hào)對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行處理，以在每個(gè)旋轉(zhuǎn)位置獲得30個(gè)獨(dú)立的角度估計(jì)值，用于統(tǒng)計(jì)誤差量化。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖1：比較了粗估計(jì)和聯(lián)合估計(jì)方法之間的角度估計(jì)性能

　　圖1比較了粗估計(jì)和聯(lián)合估計(jì)方法之間的角度估計(jì)性能。圖1（a）和（b）展示了仰角變化的誤差條圖，而圖1（c）和（d）顯示了方位角的結(jié)果。如圖1（a-b）所示，聯(lián)合估計(jì)解（藍(lán)色標(biāo)記）緊密聚集在理論參考值（黃色虛線）周圍，而粗估計(jì)（紅色標(biāo)記）在圖1（b）和（d）中表現(xiàn)出顯著偏差（最大>3°）。盡管粗方法在特定角度（例如，±4°）偶爾會(huì)有精度提升，但其整體的不一致性與聯(lián)合方法的穩(wěn)健性形成鮮明對(duì)比。

圖2：兩種方法對(duì)位于旁瓣區(qū)域（對(duì)應(yīng)圖13中7°-15°范圍）內(nèi)聲源的估計(jì)結(jié)果

　　圖2展示了兩種方法對(duì)位于旁瓣區(qū)域（對(duì)應(yīng)圖13中7°-15°范圍）內(nèi)聲源的估計(jì)結(jié)果。聯(lián)合估計(jì)方法存在顯著的固有偏差，其估計(jì)結(jié)果呈U形分布，這是由于其將旁瓣輻射強(qiáng)度錯(cuò)誤映射到主瓣方向而產(chǎn)生的異?，F(xiàn)象。相比之下，粗估計(jì)方法盡管結(jié)果存在持續(xù)的隨機(jī)波動(dòng)，但與真實(shí)值總體上呈現(xiàn)線性相關(guān)。因此，在旁瓣區(qū)域內(nèi)，聯(lián)合估計(jì)方法并不適用。這一技術(shù)挑戰(zhàn)可以通過(guò)兩種不同的方法來(lái)解決：縮短聲光相互作用長(zhǎng)度會(huì)以犧牲角分辨率為代價(jià)拓寬主瓣覆蓋區(qū)域?；蛘?，改進(jìn)聯(lián)合估計(jì)算法，在旁瓣區(qū)域優(yōu)先考慮粗估計(jì)加權(quán)，從而通過(guò)空間置信度重新分配來(lái)減輕方位偏差。

　　功率放大器推薦：ATA-L系列水聲功率放大器

圖：ATA-L系列水聲功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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