声纳技术实验报告四.docx
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声纳技术实验报告四.docx
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声纳技术实验报告四
1.实验目的
⑴、学习实际声纳信号的处理方法,加深对理论知识的理解。
(2)、练习MATLAB用于声纳信号处理的方法。
2.基本原理
由以前的实验可知,声纳信号处理的基本方法有谱分析和相关分析,分别为:
N4」2%n
X(k)=2x(n)eN,k=0,1,...N—1
nz0
y(n)=2X1(m)X2(m—n)
mz0
基于此,可以对声纳回波信号进行谱分析和互相关分析。
3.实验内容
1、FFT频率估计
CRLBT界
观测时间长度对频率估计性能影响
信噪比对频率估计性能影响
2、相关法时延估计
给出不同信噪比情况下时延估计精度性能Monte-calo分析
分析影响因素
4.实验结果及数据分析
1、信号建模(sonar.m)cic;
closeall;
clear;
SNR=20;
%单频信号的中心频率
%信号的脉宽
f0=15e3;
Tw=0.006;
fs=400e3;
t=0:
1/fs:
(Tw-1/fs);
Wn=2*[10002000]/fs;bb=fir1(128,Wn,'bandpass');sigref=0.6*cos(2*pi.*f0.*t);
sigref1=sigref
sig1=[zeros(1,1000)sigreflzeros(1,2000)];%发射信号t1=((0:
length(sig1)-1)./fs);
noise=normrnd(0,1,1,length(sigref));noise=filter(bb,1,noise);
noise=noise/std(noise);
noise=noise/10A(SNR/20);
sigref2=sigref+noise;
sig2=[zeros(1,2000)sigref2zeros(1,1000)];%接收信号t2=((0:
length(sig2)-1)./fs);
noise=normrnd(0,1,1,length(sigref));
noise=filter(bb,1,noise);
noise=noise/std(noise);
SNR=0;
noise=noise/10A(SNR/20);
sigref3=sigref+noise;
sig3=[zeros(1,2000)sigref3zeros(1,1000)];%接收信号t3=((0:
length(sig3)-1)./fs);
noise=normrnd(0,1,1,length(sigref));noise=filter(bb,1,noise);noise=noise/std(noise);
SNR=-20;
noise=noise/10A(SNR/20);
sigref4=sigref+noise;
sig4=[zeros(1,2000)sigref4zeros(1,1000)];%接收信号t4=((0:
length(sig4)-1)./fs);
noise=normrnd(0,1,1,length(sigref));
noise=filter(bb,1,noise);
noise=noise/std(noise);
SNR=-20;
noise=noise/10A(SNR/20);
sigref5=sigref+noise;
sig5=[zeros(1,2000)sigref5zeros(1,3000)];%接收信号t5=((0:
length(sig5)-1)./fs);
figure
plot(t1,sig1);titleC发射信号');xIabelC时间/s')ylabelC幅值/V')
gridon
figure
PIot(t2,sig2)
titleC接收信号(信噪比20,观测时间0.014s)');
xlabel('时间/s')
ylabelC幅值/V')
gridon
figure
pIot(t3,sig3)
titleC接收信号(信噪比0,观测时间0.014s)');
xIabelC时间/s')
ylabel('幅值/V')
gridon
figure
pIot(t4,sig4)
title('接收信号(信噪比-20,观测时间0.014s)');
xlabel('时间/s')
ylabel('幅值/V')
gridon
figure
pIot(t5,sig5)
title('接收信号(信噪比-20,观测时间0.02s)');
xlabel('时间/s')
ylabel('幅值/V')
gridon
结果:
发射信号
时间/S
接收信号(信噪比20,观测时间0.014s)
V值幅
接收信号(信噪比0,观测时间0.014s)
V值幅
-30
0
30
-30
接收信号(信噪比-20,观测时间0.014s)
20
10
0
-10
-20
0.0020.0040.0060.0080.01
时间/s
0.0120.014
t
1'
I
(
1
1"
1
I
I
I
II
1
1
I
1
111
接收信号(信噪比-20,观测时间0.02s)
20
10
0
-10
-20
00.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02
时间/s
2、频谱分析
sonar
fftsig=fft(sig2,fs);
%fftsig=fft(sig3,fs);
%fftsig=fft(sig4,fs);
%fftsig=fft(sig5,fs);
f=0:
fs-1;
figure
plot(f,abs(fftsig))
titleC频谱分析(信噪比20,观测时间0.014s)')xIabelC频率/Hz')
ylabelC幅值')
gridon
结果:
800
■
■
频谱分析(信噪比20,观测时间0.014s)
700
600
500
400
300
200
100
1
33.5
00.5
1.522.5
频率/Hz
4
5
x10
0LX
S
寸
9G
Nxiw
29L
go
0
0
・N
J
(s寸5.0叵运鳶畐•02亠聲迴O憩
OLX
89」
NxiW
99」寸9」39」9二》寸L9寸L
.二
—
■—
-
'—■—.
—-
h=
—f
■-
j
''
(s寸5.0叵运鳶畐-oe亠亠聲S矢O憩
00L
002
00寸
009
009
00卜
oora
0
00L
002
§e
00寸
009
§9
00卜
£0
NxiW
2
(smo.o叵运鳶畐•02-亠亠聲辿)矢O憩
000L
0002
ooow
000寸
0009
0009
000卜
0008
(S寸5.0叵运鳶畐•02亠聲迴O憩
X
值400
幅
8000
值4000
1
1
1
1
I
1
1
1
1
-
\
1
1
1
i・
■
1「
1k
频谱分析(信噪比-20,观测时间0.014s)
700
600
500
300
200
100
1.461.471.481.491.51.511.521.531.541.55
频率/HZx104
■1
丄
频谱分析(信噪比-20,观测时间0.02s)
7000
6000
5000
3000
2000
1000
0.5
1
3
3.5
1.522.5
频率/Hz
4
5
x10
频谱分析(信噪比-20,观测时间0.02s)
3、相关分析
程序:
sonar
sigout=xcorr(sig2,sig1);%以sig1为参考信号求时延
len=length(sigout);
tt=(-(len-1)/2:
(len-1)/2)./fs;
figure
plot(tt,sigout)
titleC频谱分析(信噪比20,观测时间0.014s)')
xlabel('时间/s')
ylabel('R(\tau)')
gridon
结果:
500
-500
-0.015
.7
1
爲A
3
L
壬R
1,
1
'1y
1,.
■
L
.1
b
V
1“.
相关分析(信噪比20,观测时间0.014s)
400
300
200
100
-100
-200
-300
-400
-0.01
-0.005
0.005
0.01
0
时间/S
0.015
相关分析(信噪比20,观测时间0.014s)
相关分析(信噪比0,观测时间0.014s)
时间Is
-500
-0.015
相关分析(信噪比-20,观测时间0.014s)
1
1
1.—L,
II
fl
1,,,
1.宅\
J
/\
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卜丄
「丨1,
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1
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1
1;f
500
400
300
200
100
-100
-200
-300
-400
-0.01
-0.005
0.005
0.01
R0
0
时间Is
0.015
5.结论
1、由频谱分析图可以看出,虽然处理的信号信噪比不同,但通过频谱分析,都可以得出信号的频率(本实验为15kHz)。
2、由相关分析可以看出,对于不同信噪比的接收信号,得出的相关函数基本相
同,局部放大后,也都可以得出接收信号比发射信号延迟999-400000俺0.0025s。
3、对于不同的观测长度,在相同的信噪比下,可以看出,观测长度越长,频谱的幅值会有所偏移。
4、在不同的信噪比下,可以看出,随着信噪比的减小,频谱分析中信号频率上的幅值也会减小,因为此时噪声的影响增大,这进一步说明频谱分析的正确性和实用性。
5、由不同信噪比下的相关分析可以看出,信噪比越小,相关分析图中会出现越明显的波纹,估计精度会越来越差。
但其最高峰不变。
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