ATA-L4水聲功率放大器在激光水聲波達角測量中的應用
【概述】
2025年天津大學研究團隊發布論文《基于聲光效應的高分辨率測角聲矢量傳感器研究》；研究中使用Aigtek安泰ATA-L4水聲功率放大器，搭建激光水聲波達角測量實驗系統。本文針對聲光效應的積分響應構建了精細模型，以探究其對角分辨率的影響，并基于該模型設計了一種用于高分辨率測角的聯合估計方法。仿真與實驗結果表明，該理論模型在25kHz～75kHz寬頻帶內均具有較高精度，預測值與實測值之間的偏差小于5%。同時，該聯合估計方法可實現高分辨率測角，均方根誤差（RMSE）平均值低至0.14°。該研究有望為高分辨率測角聲矢量傳感器技術奠定理論基礎，并推動其進一步發展。
實驗名稱：激光水聲波達角測量
研究方向：激光水聲傳感，激光實體孔徑擴展
實驗內容：激光感聲測量的聲光響應機制是遠場條件下聲波沿激光傳播路徑的空間積分效應。這種特殊的響應機制結合常規陣列信號處理方法，可顯著提升波達方向(DOA)估計的角分辨率。在消聲水池中創造遠場聲信號，對激光感聲DOA估計方法進行實驗測試，并對比分析兩種算法的分辨力。
測試設備：ATA-L4水聲功率放大器；水聲換能器；傳感器等。
實驗過程：
圖：實驗測試系統示意圖
1.將激光感聲設備和水聲換能器布放到水下指定深度，調整兩者距離，以滿足遠場平面波條件。
2.利用信號發生器產生指定頻率的脈沖信號，經功率放大器ATA-L4水聲功率放大器進行指定倍數的放大，然后作用于水聲換能器，激發聲信號。
3.激光感聲設備接收聲信號，解算聲源角度信息。
4.調整位置，使用高精度旋轉臺在xoy和xoz平面內分別將傳感器從-6°旋轉到+6°（步長0.5°），模擬聲源目標在仰角和方位角上的角位移。觸發聲源發射30個正弦脈沖序列（每個序列包含10個75kHz的振蕩周期）。
5.傳感器接收信號對每個脈沖進行處理，以在每個旋轉位置獲得30個獨立的角度估計值，用于統計誤差量化。
實驗結果：
圖1：比較了粗估計和聯合估計方法之間的角度估計性能
圖1比較了粗估計和聯合估計方法之間的角度估計性能。圖1（a）和（b）展示了仰角變化的誤差條圖，而圖1（c）和（d）顯示了方位角的結果。如圖1（a-b）所示，聯合估計解（藍色標記）緊密聚集在理論參考值（黃色虛線）周圍，而粗估計（紅色標記）在圖1（b）和（d）中表現出顯著偏差（最大>3°）。盡管粗方法在特定角度（例如，±4°）偶爾會有精度提升，但其整體的不一致性與聯合方法的穩健性形成鮮明對比。
圖2：兩種方法對位于旁瓣區域（對應圖13中7°-15°范圍）內聲源的估計結果
圖2展示了兩種方法對位于旁瓣區域（對應圖13中7°-15°范圍）內聲源的估計結果。聯合估計方法存在顯著的固有偏差，其估計結果呈U形分布，這是由于其將旁瓣輻射強度錯誤映射到主瓣方向而產生的異常現象。相比之下，粗估計方法盡管結果存在持續的隨機波動，但與真實值總體上呈現線性相關。因此，在旁瓣區域內，聯合估計方法并不適用。這一技術挑戰可以通過兩種不同的方法來解決：縮短聲光相互作用長度會以犧牲角分辨率為代價拓寬主瓣覆蓋區域。或者，改進聯合估計算法，在旁瓣區域優先考慮粗估計加權，從而通過空間置信度重新分配來減輕方位偏差。
安泰放大器在此應用中的產品優勢：
1.高電壓與大功率驅動能力——保障遠場平面波條件下聲信號的穿透力與信噪比
2.寬頻帶覆蓋與脈沖保真度——精確復現正弦脈沖串的時頻特性
3.輸出阻抗多檔可調與實時監測——適配換能器負載特性，保障精密旋轉角度下測量可重復性
【文獻】基于聲光效應的高分辨率測角聲矢量傳感器研究
【推薦產品】：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參數
本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發、生產和銷售的高科技企業。如想了解更多功率放大器等產品，請持續關注安泰電子官網www.dzbanwu.cn或撥打029-88865020。
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