第六講（第二章波形設計）聲納技術

1、1）時間函數(shù)）時間函數(shù) 020,0jf tAetTs telse2）頻譜函數(shù)）頻譜函數(shù)時間函數(shù)進行傅立葉變換時間函數(shù)進行傅立葉變換 00sinffTS fATffT0sincATffT作業(yè)作業(yè)當當 時時0ff S fAT01ffT當當 時時 0S f最大值左右零點信號帶寬信號帶寬B： 定義為頻譜峰值左右第一零點間距的一半定義為頻譜峰值左右第一零點間距的一半1BT那么那么CW信號帶寬信號帶寬B？2）頻譜函數(shù)）頻譜函數(shù)帶寬邊緣處頻譜幅度為帶寬邊緣處頻譜幅度為 20.64 ATSfAT -3.92dB等效于所有零點位置為：所有零點位置為：0kffT其中其中 為不為為不為0的整數(shù)。的整數(shù)。k3）模糊函

2、數(shù)）模糊函數(shù)-3分貝時，分貝時，sin, TTTT 的截面的截面0,0 TT 0.3T,00.707T 3）模糊函數(shù)）模糊函數(shù)-3分貝時分貝時sin, TTTT 的截面的截面0sin0,TTT0,0.707T0.44T3）模糊函數(shù)）模糊函數(shù)從表可以看出，從表可以看出，CW脈沖的時延及頻移分辨力不可兼得。脈沖寬度脈沖的時延及頻移分辨力不可兼得。脈沖寬度增大時，頻移分辨力將改善，但時延分辨力變差；反之，當采用增大時，頻移分辨力將改善，但時延分辨力變差；反之，當采用較短的脈沖工作時，時延分辨力提高，但頻移分辨力下降。較短的脈沖工作時，時延分辨力提高，但頻移分辨力下降。例例 聲納發(fā)射頻率聲納發(fā)射頻率4

3、kHz、寬度為、寬度為0.5秒的秒的CW脈沖，目的是探測多脈沖，目的是探測多普勒速度直到普勒速度直到20節(jié)的目標；則脈沖的距離與多普勒分辨寬度是節(jié)的目標；則脈沖的距離與多普勒分辨寬度是多少？需要多少個參考信號（濾波器或是多少？需要多少個參考信號（濾波器或是FFT窄帶分析單元）？窄帶分析單元）？解：解：1）固有固有頻率分辨率為頻率分辨率為0020.88/f vfTc00.880.88 30000.722 0.5 4000cvknotTf脈沖多普勒分辨率（模糊）寬度為脈沖多普勒分辨率（模糊）寬度為0.7節(jié)節(jié)所以要覆蓋所以要覆蓋 20 節(jié)需要節(jié)需要40/0.7=57個參考信號個參考信號20.6RtT

4、c2)固有時延分辨率為固有時延分辨率為 0.6 0.5 15002262Rm所以固有距離分辨率為所以固有距離分辨率為1）時間函數(shù)）時間函數(shù) 20exp2/2,/20Ajf tkttTTs telse 瞬時頻率為瞬時頻率為 01 /2,/22df ttfkttTTdt Up-ChirpDown-ChirpFkT為信號頻率變化率，或稱為調頻斜率：為信號頻率變化率，或稱為調頻斜率： F為信號的調頻寬度。為信號的調頻寬度。 F: 信號的調頻寬度信號的調頻寬度 B: 信號的帶寬信號的帶寬2）頻譜函數(shù)）頻譜函數(shù)線性調頻信號的頻譜計算較為復雜，可以利用菲涅耳積分獲得線性調頻信號的頻譜計算較為復雜，可以利用菲

5、涅耳積分獲得數(shù)值解。數(shù)值解。 BT=13 BT=52 BT=1302）頻譜函數(shù)）頻譜函數(shù)復雜信號：把復雜信號：把BT1的信號，也稱為可壓縮信號，如的信號，也稱為可壓縮信號，如LFM簡單信號：把簡單信號：把BT1的信號，也稱為不可壓縮信號，如的信號，也稱為不可壓縮信號，如CW2）頻譜函數(shù)）頻譜函數(shù)由于信號頻率由由于信號頻率由 變到變到 ，故可推知頻譜，故可推知頻譜寬度大致為寬度大致為F ，即信號帶寬，即信號帶寬BF。0/2fF0/2fF又由于是線性調頻規(guī)律，各個頻率分量在脈沖寬度內所占的又由于是線性調頻規(guī)律，各個頻率分量在脈沖寬度內所占的時間相同，為時間相同，為 T/F，各個頻率分量的幅度均為各

6、個頻率分量的幅度均為A，故各分量的，故各分量的能量為能量為A2T/F，因此其幅度譜為因此其幅度譜為 0 /2TS fAffFF3）模糊函數(shù)）模糊函數(shù)-3分貝時，分貝時， 的截面的截面0,00.707T sin, kTTTkT 1.39kT1.390.440.44kTkTBsin,0 0,kTTtTkT 3）模糊函數(shù)）模糊函數(shù)-3分貝時，分貝時，sin, kTTTkT 的截面的截面0sin0, 0,TTtTT0,0.707T0.44T3）模糊函數(shù)）模糊函數(shù)-3分貝時，分貝時，sin, kTTTkT 的截面的截面0k, 0,TtT ,0.707T 0.3T0k0.30.3kkTB由于由于3）模糊函

7、數(shù)）模糊函數(shù)4）CW脈沖與脈沖與LFM脈沖的比較脈沖的比較CWLFM對于相同的多普勒頻移分辨力，對于相同的多普勒頻移分辨力，LFM脈沖的時延分辨力高于脈沖的時延分辨力高于CW脈沖。這是因為脈沖寬度一定時，脈沖。這是因為脈沖寬度一定時，LFM脈沖信號可以單獨調脈沖信號可以單獨調節(jié)節(jié)B來改變時延分辨力。來改變時延分辨力。4）CW脈沖與脈沖與LFM脈沖的比較脈沖的比較CWLFM對于相同的時延分辨力，對于相同的時延分辨力，LFM脈沖的頻率分辨力高于脈沖的頻率分辨力高于CW脈沖脈沖。這是因為。這是因為LFM脈沖信號可以在脈沖信號可以在B保持恒定時單調節(jié)保持恒定時單調節(jié)T來改變頻來改變頻率分辨力。率分辨力

8、。4）CW脈沖與脈沖與LFM脈沖的比較脈沖的比較CWLFMLFM脈沖信號的距離分辨力比長脈沖信號的距離分辨力比長CW脈沖好，但不如短脈沖好，但不如短CW脈脈沖；其速度分辨力比短沖；其速度分辨力比短CW脈沖好、但不如長脈沖好、但不如長CW脈沖。脈沖。4）CW脈沖與脈沖與LFM脈沖的比較脈沖的比較LFM脈沖信號的多普勒容限大。用于檢測時，一個或少量的脈沖信號的多普勒容限大。用于檢測時，一個或少量的濾波器便可覆蓋整個多普勒頻移范圍，而采用濾波器便可覆蓋整個多普勒頻移范圍，而采用CW脈沖信號，則脈沖信號，則可能需要多個濾波器?？赡苄枰鄠€濾波器。多普勒容限多普勒容限是指一個濾波器所能覆蓋的是指一個濾波

9、器所能覆蓋的多普勒頻移范圍。多普勒頻移范圍。4）CW脈沖與脈沖與LFM脈沖的比較脈沖的比較CW脈沖信號的距離和速度測量精度不可兼得，而脈沖信號的距離和速度測量精度不可兼得，而LFM脈沖信脈沖信號的號的B與與T可以單獨調整。可以單獨調整。但當距離和速度均未知時，采用但當距離和速度均未知時，采用LFM脈沖信號測量會帶來附加脈沖信號測量會帶來附加的誤差，這是由時延的誤差，這是由時延 與頻移與頻移 之間的耦合造成的之間的耦合造成的。0k4）CW脈沖與脈沖與LFM脈沖的比較脈沖的比較在混響背景中檢測信號能力的比較在混響背景中檢測信號能力的比較。在模糊度圖中，混響干擾表現(xiàn)為圍繞在模糊度圖中，混響干擾表現(xiàn)為圍繞 的一個干擾帶的一個干擾帶04）CW脈沖與脈沖與LFM脈沖的比較脈沖的比較在混響背景中檢測信號能力的比較在混響背景中檢測信號能力的比較。當目標多普勒較小時，相對于長當目標多普勒較小時，相對于長CW脈沖而言，脈沖而言，LFM脈沖具有較脈沖具有較小的小的“模糊面積模糊面積”（模糊度圖與混響帶的重疊面積）而受到相對（模糊度圖與混響帶的重疊面積）而受到相對少一些的混響干擾少一些的混響干擾4）CW脈沖與脈沖與LFM脈沖的比較脈沖的比較在混響背景中檢測信號能力的比較在混響背景中檢測信號能力的比