当前课程知识点:声纳技术 > 第二章 主动声纳信号 > 2.5 常用主动声纳信号之CW信号分析 > 2.5.1 学习视频
本知识点讲解了单频矩形脉冲(CW)信号的时域特性、频域特性,并通过模糊度图分析了CW信号的时延分辨力和频移分辨力与信号时宽之间的关系。
下面开始本次课的学习
通过前面几面的课程
我们分析了主动信号的特点及描述方法
信号的描述方法包括
时间函数、频谱函数和模糊函数
时间函数与频谱函数
我们接触比较多
而对于模糊函数我们接触的比较少
为介绍模糊函数
我们首先介绍多普勒频移
在此基础上
介绍了模糊函数的意义、性质及应用
本次课
利用前面学习的信号描述方法
即时间函数、频谱函数及模糊函数
分别从时域、频域及时频联合域
来分析声纳中常用信号
单频矩形脉冲信号(Continuous Wave)
单频矩形脉冲(Continuous Wave)信号的复时域信号
在发射脉宽T内
可表示成A乘以E的j2πf0t的形式
还可表示为实信号形式
其为复时间信号的实部
在发射脉宽T内
表达式为A乘以cos2πf0t
其实信号的波形如图所示
结合信号波形及时间函数表达式
我们不难发现
CW脉冲信号的幅度A是固定的
而且CW脉冲信号的频率f0是固定的
即瞬时频率与时间无关
因此
称其成为单频矩形脉冲信号
下面进行CW信号的频域分析
通过对CW信号的时间函数求傅里叶变换
可以得到其频谱函数表达式
由此
我们可以得到其频谱图
观察频谱图
当f=f0 时
S( f )=AT
取得最大值
即f0是其中心频率
而当f等于f0加减1/T时
S( f )=0
是其频谱函数的第一组过零点
我们将CW信号的带宽B定义为
频谱峰值左右第一零点间距的一半
两个峰值左右两个零点之间的间隔为2/T
因此
CW信号的带宽
B等于1/T
也就是带宽时宽积
BT=1
将即f=f0加减2/T 代人到频谱函数中
可得在带宽边缘处频谱幅度为0.64T
比最大值越降低了3.92dB
最后
通过CW信号的模糊函数
分析一下CW信号的分辨能力
不失一般性
假设A=1
通过模糊函数的计算公式
可得到CW脉冲信号的模糊函数
进而得到CW信号的模糊图
直接利用模糊函数和模糊图
难以直观的分析信号的分辨能力
为了获得其模糊度图
通常利用它的特殊截面来研究其特性
首先看ξ=0的截面
即令模糊函数中ξ=0
在模糊图中是过竖轴及时延轴
垂直于时延-频移平面的截面
由此可得到关于时延的函数及截面
我们所关注的是
模糊函数值取最大值0.707倍处的时延值
由此当模糊函数取值为0.707T时
可得时延为0.3T
即模糊度图与时延轴的交点为0.3T
再看τ=0的截面
也就是
在模糊函数中令ξ=0
在模糊图中是
过竖轴及频移轴垂直于时延-频移平面的截面
由此可得到关于频移的函数及截面
同样
我们所关注的是
模糊函数值取最大值0.707倍处的频移值
由此
当模糊函数取值为0.707T时
可得频移为0.44/T
即模糊度图与频移轴的交点为0.44/T
根据两个特殊截面可以获得
CW信号的模糊度图
根据模糊度图
可以获得CW信号的时延与频移
及相应的距离与速度的分辨力和测量精度
从表可以看出
当采用较短的脉冲工作时
时延分辨力提高
但频移分辨力下降
反之
脉冲宽度增大时
频移分辨力将改善
但时延分辨力变差
CW信号的时延及频移分辨力不可兼得
或者说
CW信号的距离分辨力和速度分辨力不可兼得
因此
在设计使用过程中
应根据探测目的及实际
合理选择发射脉宽
以上就是本次课的主要内容
本次课
通过时间函数、频谱函数及模糊函数
分析了CW信号的
时域特性、频域特性及目标分辨能力
本次课就介绍到这里
谢谢
再见
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