測距實(shí)驗(yàn) 閆西蕩 - 西北工業(yè)大學(xué)

1、 聲吶原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 題 目: 水下聲波測距 學(xué) 院: 航海學(xué)院 班 級(jí): 03050601 姓 名: 閆西蕩(063528) 日期：2009年11月一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解聲波測距所用儀器設(shè)備的種類和使用方法。2. 掌握匹配濾波器的原理，學(xué)會(huì)運(yùn)用匹配濾波方法。3. 測定兩接收換能器之間的距離。二、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件，功率放大器，發(fā)射換能器，接收換能器2個(gè)，D/A轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案由計(jì)算機(jī)的Matlab程序給出線性調(diào)頻信號(hào)，調(diào)頻頻率為6K-7KHz，脈寬為10ms，脈沖重復(fù)周期為1s。信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和功率放大送入發(fā)射換能器。在距離聲源不同距離處放置兩

2、個(gè)接收換能器，所接收信號(hào)經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)并存儲(chǔ)起來。保持通道1的放大倍數(shù)不變，降低通道2的放大倍數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。三、數(shù)據(jù)處理1. 用匹配濾波方法檢測信號(hào)后沿根據(jù)匹配濾波原理，對實(shí)信號(hào)s(t),加入噪聲后通過脈沖響應(yīng)函數(shù)為h(t) = s(T - t)的濾波器，則輸出在T時(shí)刻達(dá)到信噪比最大。根據(jù)信號(hào)模型可得匹配濾波器的脈沖響應(yīng)如下: 將一個(gè)接收脈沖通過匹配濾波器，其輸入和輸出如下：從圖中可以看出匹配濾波器輸出最大時(shí)正是脈沖后沿。2. 不同信噪比時(shí)的脈沖后沿檢測在降低通道2的放大倍數(shù)時(shí)，由于量化誤差等原因，會(huì)造成接收信號(hào)信噪比降低，下面給出不同信噪比時(shí)匹配濾波的結(jié)果： 可以看出，隨

3、著信噪比的降低，匹配濾波器的輸出減小，但是峰值仍然出現(xiàn)在脈沖后沿，檢測性能沒有下降。 3. 距離計(jì)算對于每個(gè)脈沖，根據(jù)兩路信號(hào)通過匹配濾波器后出現(xiàn)峰值的時(shí)間差和聲速，可以求出兩水聽器匹配之間的距離。取4次的均值做為測得的距離。利用MATLAB程序求得:d = 6.4012m四、實(shí)驗(yàn)源程序代碼：function ua_exp(file_n)c = 1500;fs = 100000;p_w = 0.01;T = 1;T1 = 4;load Transmitted_pulse_fs100k.mat;h = fliplr(pulse);eval(load ,file_n);y1 = filter(h,

4、1,Data1_AI_0_U);y2 = filter(h,1,Data1_AI_1_U);m_y1 = max_index(y1);m_y2 = max_index(y2);a_ = mean(m_y2 - m_y1);disp( use ,file_n, d = ,num2str(a_/fs*c),m);subplot(1,2,1);plot(m_y2(1) - p_w*fs - 2000):(m_y2(1) + 2000)/fs,Data1_AI_1_U(m_y2(1) - p_w*fs - 2000):(m_y2(1) + 2000);xlabel(Time/s);ylabel(Amp

5、litude/V);title(接收信號(hào)(channel 2,局部);subplot(1,2,2);plot(m_y2(1) - p_w*fs):(m_y2(1) + p_w*fs)/fs,y2(m_y2(1) - p_w*fs):(m_y2(1) + p_w*fs);xlabel(Time/s);ylabel(Amplitude/V);title(匹配濾波(channel 2);endfunction y = max_index(x)index_a = find(abs(x) 0.9*max(abs(x);a = abs(x(index_a);b = index_a(1);for i = 2:length(a); if index_a(i) - index_a(i - 1) 1/2*100000; b = b index_a(i); else if