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常用的声学系统通常不是单个的换能器,而是将多个换能器按一定规则构成基阵。之所以采取基阵的形式,主要是为了改善系统的方向性,提高抗干扰力,同时增加系统的发射功率。波束形成是基阵产生指向性的关键技术。目前,在声学领域,声接收波束形成技术已经有了比较成熟的研究和发展,而声发射波束形成技术还存在很大的研究空间。 无论是接收阵还是发射阵,波束形成的基本原理都是相同的。本文以等间隔线列阵为研究对象,介绍了波束形成的原理和方法,推导了指向性函数公式,并介绍了波束方向图。利用MATLAB软件对发射波束形成方向图进行了仿真,仿真分析了方向图中的主瓣、旁瓣、栅瓣、波束宽度等现象随基阵条件的变化规律。同时,分析比较了多种抑制旁瓣的加权方法。 栅瓣作为一种特殊的旁瓣,由于其能量幅值较高会对主瓣方向产生干扰,所以一直以来都是实践应用中不希望看到的现象。通常为了避免产生栅瓣现象,采用密排阵的方式。然而,栅瓣的存在也有它可以利用的价值。本文对发射波束形成中的栅瓣现象进行了分析仿真,并针对传统发射多波束效率低等问题,提出了一种利用栅瓣来提高声发射频次的方法。 最后,针对传统发射波束系统低频指向性差、高频穿透力弱等缺陷,介绍了参量阵技术,并基于波束形成基本原理,介绍了实现发射波束形成的参量阵声束相控系统。利用DSP设计和实现了发射信号。