现代时域测量第二章

1、fuping第二章 脉冲波形参数o 脉冲标准o 脉冲波形参数估计fuping脉冲标准基本脉冲术语o IEC469-1时域脉冲技术中通用的基本术语及定义o IEC469-2时域脉冲测量技术和过程中的术语及定义o 适用于各种脉冲定义及方法n 理想脉冲、基带和毫米波脉冲、任何不完善的脉冲波形n 各种测量方法和波形评定方法fuping脉冲标准基本脉冲术语o 一般术语n波波：一种或多种扰动在某一媒介质中以时间函数传递时，这一媒介的物理状态的改变称为波。n脉冲脉冲：自第一额定状态出发，达到第二额定状态，最终又回到该第一额定状态的一种波。n过渡过渡：在第一额定状态和第二额定状态之间的波或脉冲的一部分n波形波

2、形：波、脉冲或过渡的显示或表示（如曲线、图表、方程等），或形象化称为波形。波形包括脉冲波形，脉冲波形包括过渡波形。n波形存在时间波形存在时间：波形数据已知或可知的一段时间n特征特征：波形的某一特定部分或波形中的某一特定现象n脉冲功率脉冲功率：由脉冲传送或转换的功率。一般指平均功率n脉冲能量脉冲能量：由脉冲传送或转换的能量。一般指总能量fuping脉冲标准单脉冲术语l底l顶l前过渡l后过渡l底量值l顶量值l脉冲幅度l近端点l远端点l中心点l脉冲起始时间l脉冲终止时间l脉冲持续时间l过渡持续时间l前过渡持续时间l后过渡持续时间fuping脉冲标准单脉冲术语o 单脉冲术语n 底、顶、前过渡、后过渡、

3、底量值、顶量值、脉冲幅度、近端点、远端点、中心点、脉冲起始时间、脉冲终止时间、脉冲持续时间、过渡持续时间、前过渡持续时间、后过渡持续时间fuping脉冲标准基本脉冲术语A Af f90%90%10%10%50%50%b bc cT Tt tr rt tf fAwAwe e顶顶底底d dfuping脉冲标准基本脉冲术语dS%100AddSbS%100AbbSfS%100AffScS%100AccSeS%100AeeSWS%100AAWWS参数名称符号定 义与幅度有关的参数脉冲幅度A脉冲底值和顶值之间的差值脉冲的预冲 脉冲的上冲（或称前过冲） 脉冲的下冲（或称后过冲） 衰减振荡（或称阻尼振荡）幅度

4、 脉冲平顶倾斜 脉冲顶部不平坦度fuping脉冲标准基本脉冲术语rtftS%100TS参数名称符号定 义与时间有关的参数脉冲前过渡时间（或称上升时间）脉冲幅度由10上升到90的一段过渡时间脉冲后过渡时间（或称下降时间）脉冲幅度由90下降到10的一段过渡时间脉冲宽度在脉冲幅度为50的两点之间的时间脉冲周期T指一个脉冲波形上的任意一点到相邻脉冲波形上的对应点之间的时间脉冲宽度占有率fuping脉冲标准脉冲测量与分析o 脉冲测量术语脉冲测量术语n 脉冲测量脉冲测量:确定脉冲特性及参数值的过程n 脉冲测量方法：脉冲测量方法：确定脉冲特性及参数值的方法，含义广n 测量的环境条件：测量的环境条件：温度、湿

5、度、振动、电网和电磁环境等n 脉冲测量过程：脉冲测量过程：通过具体装置、仪器仪表，附属设备、环境条件，操作者和观察者实现脉冲测量方法的过程n 误差：误差：通过脉冲测量所获得的结果与脉冲特性或属性的真实值之间的差n 分辨率：分辨率：在脉冲测量过程中，能明显辨别或检测脉冲特性或属性的最小变化fuping脉冲标准脉冲测量与分析o 脉冲波形的形式脉冲波形的形式n 图示形式：图示形式：供观察和分析用的表示波形的图表、曲线或显示图表、曲线或显示n 方程形式：方程形式：一个或多个解析式，假设、理想、参考波形n 取样形式：取样形式：一系列抽样值， 取样方式： 周期 实时 非周期 等效fuping脉冲标准脉冲测

6、量与分析o 波形存在时间的扩展与压缩波形存在时间的扩展与压缩n 扩展：扩展：o 时间扩展o 波形缩小o 观察整体o 用于确定量值或时间参考线n 压缩：压缩：o 时间压缩o 波形放大o 观察细节o 用于确定时间或量值特性fuping脉冲标准脉冲测量与分析波形存在时间扩展波形存在时间扩展波形存在时间压缩波形存在时间压缩fuping脉冲标准脉冲测量与分析o参考脉冲波形用于比较和评定其他脉冲波形n 定义的参考脉冲波形理想的n 导出的参考脉冲波形从测得的脉冲波形中导出的n 实际的参考脉冲波形由仪器产生的fuping脉冲标准脉冲测量与分析o脉冲测量过程n 脉冲脉冲波形转换o 采集、存储n 脉冲波形分析o

7、处理、分析fuping脉冲标准脉冲测量与分析o 底量值、顶量值测定方法n 密度分布平均数法n 密度分布众数法n 峰值法适于窄脉冲fuping脉冲标准脉冲测量与分析o 确定脉冲幅度的方法n定义法n积分法适于分析与参考脉冲波形形状近似的波形dttedttetrtrrtutuu2121)()(dttedttetrtrrtutuu212212)()(eu(t)er(t)tu1tu2tr1tr2fuping脉冲波形参数估计o 问题的提出n 很多应用，只需利用脉冲波形参数，不需利用精确时间关系的脉冲波形描述脉冲信号的特性n 脉冲波形通过线性系统后，波形特性和参数都要变化，如何分析？n 当给定脉冲的过渡持续

8、时间时，如何确定不失真传输脉冲的系统带宽，或相反问题n 可以利用直接测量方法及特定系统响应信号参数估计理论，凭借操作者目测和经验，近似估计实际信号参数fuping脉冲波形参数估计o 近似测量脉冲参数的一般理论（只限于特定系统响应脉冲参数估计）n RC电路响应脉冲参数估计n 高斯系统参数估计n 非高斯系统参数估计fupingRC电路响应脉冲参数估计阶跃响应cRe1(t)e2(t)e1(t)=u(t)e2(t)=k(t)ttTD1( )( )e tte2(t)=h(t)ttTD()F j1201RCe()冲激响应频率响应fupingRC电路响应脉冲参数估计o 阶跃响应o 冲激响应o 频率响应( )

9、(1)( )tRCk teu t( )( )tRCh tet112()()/()(1)H jEjEjj RCfupingRC电路响应脉冲参数估计o 过渡持续时间（10%90%）TD( )(1) ( )tRCk teu t2.22.2DTRC90%10%90%10%10.9ln0.12.310.1ln0.90.1tRCtRCetRCRCetRCRC fupingRC电路响应脉冲参数估计o 线性系统响应速度理论上定义为：阶跃响应从零变到新的稳定电平所需时间，这里得到的是10%90%的过渡持续时间o 对脉冲响应，响应速度是脉冲响应返回到静态初值所需时间，其90%10%过渡持续时间与阶跃响应10%90

10、%的过渡持续时间相同o 对响应信号为指数函数的系统成立fupingRC电路响应脉冲参数估计o 与带宽的关系：n 对RC电路n 0为半功率点处的角频率，即3dB带宽0002.22.20.352.22DTff011RCfupingRC电路响应脉冲参数估计o 系统带宽与过渡持续时间的关系 （频域与时域的关系）f0TD100MHz3.5ns1GHz0.35ns10GHz35ps18GHz19.4ps35GHz10ps对响应近似为指数函数的实际系统有效对响应近似为指数函数的实际系统有效00.35DTffuping高斯系统参数估计o 高斯系统是物理上不可实现的系统，具有非因果的阶跃响应与脉冲响应，o 高斯

11、函数具有一些人们期望的数学特性，对估计信号参数有用o 高斯函数：12k2 2( , )k xkg k xe2 20( , )21k xkg k x dxedxxg(k,x)kfuping高斯系统参数估计误差函数2002( )2(1, )xxerf xgded22( )2(1, )xxcerf xgded互补误差函数( )1( )cerf xerf x fuping高斯系统参数估计o 高斯系统脉冲响应o 高斯系统阶跃响应2 2( )k tkh te22( )( )ttkkf thdedth(t)kf(t)t归一化0.5()0()0.51()0cerf kttf kterf ktt 可查表fupi

12、ng高斯系统参数估计o 高斯系统过渡持续时间（10%90%） 0.5cerf(kt2)=0.1 0.51+erf(kt1)=0.91()0.8erf kt kt1=-kt2查表得：kt1=0.906 TD=2t1=1.812/kkt1.0f(kt)0kt10.90.1kt2fuping高斯系统参数估计0()0.5h ktko 脉冲响应50%持续时间半最大值的总持续时间FDHMFDHM=2t0=1.665/kTD/FDHM=1.085工程上认为：TD=FDHM，误差约为1%归一化kt1kt00.50()kh kt0-kt0h(kt)fuping高斯系统参数估计o 高斯系统时域与频域关系 （过渡持

13、续时间与带宽关系）00.34DfT224()kH je半功率点处：f0=0.1874k时域、频域函数形式相同2()0.5H j2 2( )k tkh te TD=2t1=1.812/kfuping高斯系统参数估计o 高斯系统的级联2 2332( )k tke te脉冲响应：e2(t)=h1(t)*h2(t)脉冲响应仍为高斯函数2234212( )()()kF e tHjHje222312111kkkh1(t)h2(t)e1(t)e2(t)fuping高斯系统参数估计222312111kkk22312DDDTTT222 1/212()DDDDnTTTTn级高斯系统方和根准则（RSS准则）2223

14、12DDDTTT221233121.8121.812DkkTkk kfuping高斯系统参数估计o 修正测试系统的影响22 1/2()FFSSTTTTF：被测系统过渡持续时间TS：测试系统过渡持续时间TFS：被测系统与测试系统总的过渡持续时间脉冲发生器被测系统自动脉冲测试系统kfuping非高斯系统参数估计o 当系统不是高斯系统时，RSS准则的精度与脉冲特性偏离高斯分布的程度有关o 当 TF TS或波形的过冲和圆弧较小时，工程上认为RSS准则仍然是的精确的o 工程上：当AB，1A/B10时误差为10% 当A B，10A/B时误差为1%o 因此： TF TS ，约3倍时，误差为10% TF TS ，约10倍时，误差为