声呐（纳）技术 ：常用主动声呐信号特性

1、常用主动声呐信号特性,CW信号的时间函数、频谱函数及模糊函数 LFM信号的时间函数、频谱函数及模糊函数 CW信号和LFM信号的比较,本讲重点内容,2,六,一、单频矩形脉冲（CW）,1）时间函数,3,六,一、单频矩形脉冲（CW）,2）频谱函数,时间函数进行傅立叶变换,作业,当 时,当 时,最大值,左右零点,信号带宽B： 定义为频谱峰值左右第一零点间距的一半,那么CW信号带宽B？,4,六,一、单频矩形脉冲（CW）,2）频谱函数,带宽边缘处频谱幅度为,所有零点位置为：,其中 为不为0的整数。,5,六,一、单频矩形脉冲（CW）,3）模糊函数,-3分贝时，, 的截面,6,六,一、单频矩形脉冲（CW）,3

2、）模糊函数,-3分贝时, 的截面,7,六,一、单频矩形脉冲（CW）,3）模糊函数,从表可以看出，CW脉冲的时延及频移分辨力不可兼得。脉冲宽度增大时，频移分辨力将改善，但时延分辨力变差；反之，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。,8,六,一、单频矩形脉冲（CW）,例 声纳发射频率4kHz、宽度为0.5秒的CW脉冲，目的是探测多普勒速度直到20节的目标；则脉冲的距离与多普勒分辨宽度是多少？需要多少个参考信号（滤波器或是FFT窄带分析单元）？,解：1）固有频率分辨率为,脉冲多普勒分辨率（模糊）宽度为0.7节,所以要覆盖 20 节需要40/0.7=57个参考信号,2)固有时延分辨

3、率为,所以固有距离分辨率为,9,六,二、线性调频信号（LFM）,1）时间函数,瞬时频率为,Up-Chirp,Down-Chirp,10,六,二、线性调频信号（LFM）,为信号频率变化率，或称为调频斜率： F为信号的调频宽度。,F: 信号的调频宽度 B: 信号的带宽,11,六,二、线性调频信号（LFM）,2）频谱函数,线性调频信号的频谱计算较为复杂，可以利用菲涅耳积分获得数值解。,BT=13,BT=52,BT=130,12,六,二、线性调频信号（LFM）,2）频谱函数,复杂信号：把BT1的信号，也称为可压缩信号，如LFM,简单信号：把BT1的信号，也称为不可压缩信号，如CW,13,六,二、线性调

4、频信号（LFM）,2）频谱函数,由于信号频率由 变到 ，故可推知频谱宽度大致为F ，即信号带宽BF。,又由于是线性调频规律，各个频率分量在脉冲宽度内所占的时间相同，为 T/F，各个频率分量的幅度均为A，故各分量的能量为A2T/F，因此其幅度谱为,14,六,二、线性调频信号（LFM）,3）模糊函数,-3分贝时，, 的截面,15,六,二、线性调频信号（LFM）,3）模糊函数,-3分贝时，, 的截面,16,六,二、线性调频信号（LFM）,3）模糊函数,-3分贝时，, 的截面,由于,17,六,二、线性调频信号（LFM）,3）模糊函数,18,六,二、线性调频信号（LFM）,4）CW脉冲与LFM脉冲的比较

5、,CW,LFM,对于相同的多普勒频移分辨力，LFM脉冲的时延分辨力高于CW脉冲。这是因为脉冲宽度一定时，LFM脉冲信号可以单独调节B来改变时延分辨力。,19,六,二、线性调频信号（LFM）,4）CW脉冲与LFM脉冲的比较,CW,LFM,对于相同的时延分辨力，LFM脉冲的频率分辨力高于CW脉冲。这是因为LFM脉冲信号可以在B保持恒定时单调节T来改变频率分辨力。,20,六,二、线性调频信号（LFM）,4）CW脉冲与LFM脉冲的比较,CW,LFM,LFM脉冲信号的距离分辨力比长CW脉冲好，但不如短CW脉冲；其速度分辨力比短CW脉冲好、但不如长CW脉冲。,21,六,二、线性调频信号（LFM）,4）CW

6、脉冲与LFM脉冲的比较,LFM脉冲信号的多普勒容限大。用于检测时，一个或少量的滤波器便可覆盖整个多普勒频移范围，而采用CW脉冲信号，则可能需要多个滤波器。多普勒容限是指一个滤波器所能覆盖的多普勒频移范围。,22,六,二、线性调频信号（LFM）,4）CW脉冲与LFM脉冲的比较,CW脉冲信号的距离和速度测量精度不可兼得，而LFM脉冲信号的B与T可以单独调整。,但当距离和速度均未知时，采用LFM脉冲信号测量会带来附加的误差，这是由时延 与频移 之间的耦合造成的。,23,六,二、线性调频信号（LFM）,4）CW脉冲与LFM脉冲的比较,在混响背景中检测信号能力的比较。,在模糊度图中，混响干扰表现为围绕 的一个干扰带,24,六,二、线性调频信号（LFM）,4）CW脉冲与LFM脉冲的比较,在混响背景中检测信号能力的比较。,当目标多普勒较小时，相对于长CW脉冲而言，LFM脉冲具有较小的“模糊面积”（模糊度图与混响带的重叠面积）而受到相对少一些的混响干扰,25,六,二、线性调频信号（LFM）,4）CW脉冲与LFM脉冲的比较,在混响背景中检测信号能