脉冲在同轴对上的传输理论及其在脉冲回波测量中的应用(上)

本文从理论上分析了脉冲在同轴对上的传输,提出了脉冲经过一段同轴对传输后的波形计算方法,并将这种方法应用到脉冲回波测量中,使得在时域中测量同轴对长度的精确度接近于在频域中所测得的精确度。笔者还利用这种波形计算方法编制了用脉冲回波法测量同轴对波阻抗不均匀性时所需的脉冲衰减校正值图表与简化计算公式。     

脉冲在同轴对上的传输理论及其在脉冲回波测量中的应用(下)

四、用脉冲回波仪测量同轴对波阻抗不均匀性时脉冲校正值的计算1.概述用没有自动均衡的一般脉冲回波仪进行波阻抗不均匀性测量时,必须对反射脉冲的幅度进行校正以取得不均匀性之值。这种校正值一般用实验方法取得。用实验方法时,需要用不同宽度的脉冲在各种长度的各类同轴对上进行测量,是非常费时费力的,还要切断同轴对。而且还不可避免地存在着仪表误差与读数误差。用本文所作的理论分析,可以根据同轴对的传输参数计算出这些校正值,并且具有足够的实用精度。     

一种波形可控的脉冲声源研制

脉冲回波方法是近年来较为常用的现场吸声测量技术,根据不同的测量原理,需要声源辐射特定的脉冲声信号。研究了一种可控脉冲声生成技术,介绍了声源设计方案以及脉冲声工作生成的主要原理。通过实验测量,该声源能够辐射需要的波形和不同长度的脉冲声信号,可用于时域现场吸声测量技术中。     

同轴管脉冲测试中的误差分析

本文从理论上分析了在同轴管上测定端阻抗及阻抗不均匀性的脉冲回波测试。通过这种理论分析,提出了调节残余起始脉冲的改进方法,对于用与被测同轴管不同阻抗-频率特性的模拟网络所带来的误差进行了估计,并提出了修正这种误差的方法。文章最后提出了试验性脉冲回波测试的结果。这些结果与理论分析相当符合。     

基于Golay脉冲编码技术的相干激光雷达仿真研究

针对相干激光雷达远场回波信号信噪比低,提取困难的问题,提出了脉冲编码技术,以改善系统信噪比,增大雷达探测距离。研究了相干激光雷达系统中Golay码的编码和解码原理,理论分析了采用脉冲编码技术对系统信噪比的提升效果。基于大气分层模型仿真生成了相干激光雷达时域回波信号。基于Golay码解码原理得到了脉冲编码系统的风速结果,仿真结果表明,时间分辨率为1s,距离分辨率为60m的情况下,使用Golay编码脉冲作为相干激光雷达的探测脉冲,在0~5.3km范围,风速误差小于3m·s~(-1)。在相同的测量时间内,相比于传统脉冲相干激光雷达,基于脉冲编码技术的相干激光雷达将探测距离提高了2.5km,提高了远场弱信号的信噪比。     

OTDR系统波形的分析及其在光纤测量中的应用

本文利用瑞利散射原理分析了脉冲信号和脉宽大于、小于回波时间的方波信号的回波信号波形,并利用数值模拟得到了其理论波形图。根据原理自主搭建了一套光纤光时域反射仪（Optic Time Domain Reflectometer,简称OTDR）,用通信中通用的1550nm激光波长对样品光纤进行了实际测量,得到了与理论模拟完全一致的实测波形。通过对实测波形进行降噪处理得到了高精度的长度测量值和损耗测量值。长度测量的相对误差仅为0.0085%,与直接测量值比较,光纤传输损耗的相对误差为0.086%,理论与实验表明该OTDR系统完全可以与工程用的OTDR系统相媲美,在工程技术和教学研究中具有一定的应用前景。     

各向异性散射介质中高斯脉冲激光的回波特性

采用蒙特卡罗法建立了各向异性散射介质中高斯脉冲激光的全链路瞬态辐射传输模型,构造并推导了散射方向概率模型及其坐标系变换过程。在此基础上,计算分析了高斯脉冲激光回波特性的时域分布及差异。研究结果表明:时域回波信号的脉冲增减来自于其他类别信号的转化和自身信号的超前或滞后;随着前向散射的增强,目标回波信号强度增大、峰值时刻前移、时间展宽减弱,散射回波信号响应与其相反且影响程度减弱;目标回波特性与[0°,90°]前向散射区域直接关联,散射回波特性与[90°,180°]后向散射区域直接关联。研究结论可为脉冲激光主动探测系统的性能提升及地物目标的反探测隐身提供理论指导。     

三角调频脉冲信号参数测量方法

为精确测量三角调频脉冲信号参数,文中提出了一种联合时域、调制域测量的方法。时域分析时采用统计脉冲信号包络数值的方法估计判决门限,以实现脉冲个数、脉冲宽度等时域参数的测量。基于时域参数测量结果,调制域分析时采用相位差分法得到信号的瞬时频率曲线,进而获得准确的线性度等调制域参数。仿真结果表明,高信噪比下,该方法比现有其他方法运算量少、误差小。     

基于FRFT域自适应滤波的脉冲压缩技术

雷达回波中往往存在严重的干扰,采用线性调频信号(linear frequency modulation,LFM)的脉冲压缩雷达系统中,直接对回波信号进行脉冲压缩往往得不到好的效果。文中利用线性调频信号在分数阶傅里叶变换(fractional fourier transform,FRFT)中的强能量聚集性的特点,在分数阶傅里叶域对混合回波进行自适应滤波,再将滤波后的信号变换回时域进行脉冲压缩处理。自适应滤波算法采用一种改进的变步长NLMS算法,相对于传统固定步长NLMS算法有较好的滤波结果。仿真结果表明,经过分数阶傅里叶域自适应滤波后的信号在脉冲压缩后的目标检测结果有了很大的改善,明显提高了脉冲压缩雷达的检测性能。     

脉冲激光测距系统及其算法研究

随着激光测量技术得到广泛应用,因此提高激光测距精度成为了一个热门的研究内容。本文首先主要介绍脉冲式激光测距的原理[1],为了精确检测回波信号,本文采用了门限法去除回波噪声[2]。基于能够有效地提高测量精度的目的,本文讨论了几种减少时间间隔测量误差的算法,结合系统的要求,提出一种在现场可编程门阵列（FPGA）中实现脉冲计数法与时间数字转换法相结合的方法来提高时间间隔测量精度[3－5]。实验结果表明,采用的测距算法有效地提高了测量精度。     

脉冲激光高精度测距的数据处理方法研究

采用电子计数法实现脉冲激光测距的本质是测量发射脉冲和目标反射回波脉冲的时间差.为实现脉冲激光精确测距,在分析传统电子计数法时间测量的原理和误差因素基础上,给出提高脉冲激光测距精度的几种数据处理方法,并分别论证了其有效性.     

机载激光波束扫描回波脉冲特征分析

本文介绍了脉冲激光束远区场的时空分布，导出了机载脉冲激光对地面扫描探测时回波脉冲的时域表达关系，通过数值计算得到了回波脉冲波形及其有关参数随扫描倾角的变化规律，结果表明不同波束倾角时回波脉冲特征发生了明显的变化。     

低信噪比下多高斯脉冲组成的激光雷达回波信号滤波算法

针对激光目标回波信号在高信噪比与低信噪比时脉冲波形不同的特点,研究设计了针对低信噪比下多高斯脉冲组成的回波信号进行降噪的小波滤波算法。首先介绍了光电探测中信噪比的定义,给出了不同信噪比下脉冲回波的实际波形。接着,研究了高信噪比时激光回波的时域积累及差分平滑滤波算法,仿真并分析了算法性能。随后,对低信噪比下多高斯脉冲组成的目标脉冲波形采用小波低频系数重构滤波,通过仿真实验选择了合适的小波基以及分解层级。     

时域物理光学法计算目标的微波短脉冲散射

目标的短脉冲散射问题本质上是其宽带散射特性,从时域上获取短脉冲散射问题更为直接。时域物理光学方法具有计算速度快、物理近似意义清晰明确等特点,可直接计算电大尺寸目标的微波短脉冲散射的时域波形。介绍了时域物理光学的理论公式,通过三角型网格剖分建立目标模型,引入Radon 变换计算目标的“冲击响应”,利用卷积计算获得目标的微波短脉冲散射时域波形。通过仿真算例进行验证,计算双导体球模型散射回波验证了该方法的可行性;计算大飞机的微波短脉冲散射波形展示了该方法处理电大尺寸问题的能力。用该方法计算的目标短脉冲散射回波波形可直接作为信号处理研究的输入。     

机载平台动态杂波背景下多脉冲激光距离扩展目标回波滤波算法研究

现代飞机装备机载光电探测系统,采用红外热像仪搜索空域飞机目标的方位,利用脉冲激光测距机测量目标的径向距离。机载脉冲激光目标检测是一个动态过程,当光斑在目标上移动或大气湍流折射导致回波光束偏离接收天线时,目标时有时无,导致无法稳定跟踪目标。仅利用目标回波脉冲的幅度信息进行检测,限制了激光目标的有效作用距离。在机载平台的动态杂波背景下,将脉冲激光目标视为距离扩展目标,回波信号看作目标波形像,结合时间宽度上的波形特征开展检测,可较好解决动态目标检测问题。鉴于此,文中提出了一种基于小波变换的多脉冲激光距离扩展目标回波滤波算法。实验结果表明,所提算法能够较好地保持波形特征。     

红外纳秒激光脉冲在光纤中传输特性研究

为了提高激光时间波形测量系统的抗干扰能力,建立了激光脉冲在光纤中的传输物理模型,分析了纳秒脉冲在光纤中的线性传输特性,对影响脉冲传输特性的因素进行了系统评价。采用空气与光纤传输进行比对的方法,实验测试了激光脉冲经过不同长度的单模和多模光纤传输后的脉冲波形,得到脉冲展宽在允许的测量误差范围内所需的阈值条件。结果表明,该研究对神光-Ⅲ主机激光脉冲时间波形测量的设计具有重要的意义。     

红外纳秒激光脉冲在光纤中传输特性研究

为了提高激光时间波形测量系统的抗干扰能力,建立了激光脉冲在光纤中的传输物理模型,分析了纳秒脉冲在光纤中的线性传输特性,对影响脉冲传输特性的因素进行了系统评价.采用空气与光纤传输进行比对的方法,实验测试了激光脉冲经过不同长度的单模和多模光纤传输后的脉冲波形,得到脉冲展宽在允许的测量误差范围内所需的阈值条件.结果表明,该研究对神光-Ⅲ主机激光脉冲时间波形测量的设计具有重要的意义.     

对地观测激光成像基准回波脉冲研究

激光回波脉冲探测在对地观测的地物反射率反演、高度测量和形态测量等方面具有极 其重要的用途。引入了对地观测激光成像基准回波脉冲的概念,并指出了它在对地观测激光成像系统中的重要意义。提出了获取基准回波脉冲的方法,通过实验,采集了一系列激光回波波形,经过处理,获取了对地观测激光成像系统的基准回波脉冲。最后对基准回波脉冲进行了理论分析,讨论了它的若干应用。     

对地观测激光成像基准回波脉冲研究

激光回波脉冲探测在对地观测的地物反射率反演、高度测量和形态测量等方面具有极其重要的用途。引入了对地观测激光成像基准回波脉冲的概念,并指出了它在对地观测激光成像系统中的重要意义。提出了获取基准回波脉冲的方法,通过实验,采集了一系列激光回波波形,经过处理,获取了对地观测激光成像系统的基准回波脉冲。最后对基准回波脉冲进行了理论分析,讨论了它的若干应用。     

脉冲激光测距中阈值—峰值双通道时刻鉴别方法

脉冲激光测距系统由于其精度高、抗干扰能力强等优点,广泛应用于激光雷达、激光引信等领域,但是常用的时刻鉴别法存在误差,制约了动态测距精度的提升,主要原因是回波脉冲的衰减和展宽。针对这一问题,提出一种采用恒阈值和峰值双通道的时刻鉴别新方法。该方法通过引入激光发射脉冲的理论方程,建立了回波波形的时域分布模型,可以实现不受到衰减和展宽的影响的准确回波鉴别。在此基础上设计了双通道时刻鉴别的脉冲激光测距系统。实验结果表明,采用双通道时刻鉴别方法可以将近程测距的误差控制在3 cm以内,并可通过多次测量对精度进一步提升,解决了时刻鉴别误差制约测距精度提高的瓶颈问题。