应用案例

【概述】

天津大学研究团队使用ATA-L4HF水声功率放大器，搭建水下声光波束实验系统。

实验名称：水下声光波束形成方法实验验证

研究方向：激光水声传感，激光实体孔径扩展

实验内容：水下声光波束形成方法（AODB）利用激光对声信号的连续积分代替传统阵列结构有限换能器数量的离散求和，从根本上解决了波束形成的空间混叠问题。为了验证这一特性，在消声水池进行20kHz-80kHz的波束形成实验。通过与传统阵列结构波束形成方法在MSL和Resolution方面的实验对比分析，验证AODB方法的有效性和先进性。

测试设备：ATA-L4HF水声功率放大器，信号发生器，水听器，示波器，换能器等。

实验过程：

图1：实验原理和实物图

1、实验在20m×10m×8m（消声系数≥98%，>2kHz声波）的消声水池中开展，将声光波束形成系统置于距声源12米处，接收水声信号并输出计算处理；

2、水声信号由示波器发生，经AigtekATA-L4HF水声功率放大器放大，分别驱动CT30（20-40kHz）和CT60（40-80kHz）换能器发射指定频率的水声信号，模拟水下声源。

2、18个RHSM-10水听器组成30mm间距线阵列，构成常规波束形成系统，在相同位置采集水声信号，并进行波束形成计算处理；

4、分析AODB和传统波束形成采集到的20kHz-80kHz水声信号，绘制二维波束形成图。同时分析两种方法的分辨率和最大旁瓣电平（MSL）。

实验结果：

图2：波束形成技术的分辨率和最大旁瓣级对比图

通过角分辨率（通常定义为主瓣的-3dB宽度）和最大旁瓣级（MSL）对AODB和DSB技术的定量性能进行了评估。角分辨率表征区分两个声源所需的最小角间距，而最大旁瓣级（定义为主瓣与最高旁瓣之间的电平差）则反映了虚假声源对定位精度的影响程度。通过仿真和消声水池实验，对这两种波束形成技术的分辨率和最大旁瓣级进行了对比分析。结果如上图所示。

图（a）中，在仿真条件下，当声源位于0°时，AODB和DSB的分辨率几乎相同。然而，当声源角度为30°和60°时，DSB的分辨率显著下降。

图（b）中，当信号频率超过50kHz时，AODB的最大旁瓣级保持极低水平，表明其在抑制空间混叠方面具有很强的能力。相比之下，DSB的最大旁瓣级接近0dB，导致因空间混叠而定位失败。

图（c）和图（d）呈现了在消声水池中获得的实验结果，其中环境噪声和反射更为显著。尽管如此，AODB的性能仍然优于DSB。通过采用基于激光束的传感，AODB实现了连续的、无限孔径的阵列。与传统水听器阵列中的离散求和不同，AODB沿激光束路径对声场进行连续积分，从而从根本上解决了空间混叠。

安泰放大器在此应用中的产品优势：

一、高电压与大功率输出能力——驱动换能器产生高强度水声信号，保障声场传播效果

二、宽频带与平坦响应——精准匹配换能器工作频段，保障全频段激励一致性

三、低失真与高输出稳定性——保障实验的激励一致性

【推荐产品】：ATA-L系列水声功率放大器

图：ATA-L系列水声功率放大器指标参数

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