声呐答案整理

绪论
(1)掌握声纳的概念、功能、声纳的发展趋势
◆声呐：可被看作是一种水下雷达，使用声波代替电磁波探测周围环境。

声呐是一种利用
声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。

◆声呐的主要功能：对水下、水中或掩埋目标进行探测或分类(位置、速度和特性估计等) ，
是水声中应用最广泛、最重要的一种装置
◆声呐系统：标准化；智能化；动态重构；一体化；载体平台的减振降噪
声纳设计的一般原理
(1)检测域的定义、最小可检测信号、回波级、优质因素等定义
◆检测域：设备刚好能完成预定职能所需的处理器输入端的信噪比值；在最大作用距离处，
声纳输出端的最小可检测的信噪比。

检测域(DT) 是在满足指定的虚警概率P fa和检测概率P d (波束形成前/波束形成后)信号平均功率和噪声平均功率之比。

◆最小可检测信号：在指定的虚警概率P fa和检测概率Pd 参数下，基阵面的信噪比值；
DT = SL-2TL+TS -NL+GS+GT
◆回波级：加到主动声纳接收换能器（阵）上的回声音信号的声级；EL=SL-2TL+TS
◆优质因素：对于被动声纳，该量规定了最大允许传播损失；在主动声纳中，当TS=0时，
该量给定了最大允许单程传播损失。

(2)ROC曲线的定义和作用
◆定义：根据检测概率为纵坐标和虚警概率为横坐标画出的曲线。

◆作用：a.利用ROC曲线可以很容易的查出任意界限值时对目标的识别能力；
b.选择最佳的界限值，ROC曲线越靠左上角，检测到的目标的可能性越高。

(3)利用图7.3，当5logd从6dB降至5dB时，如果检测概率Pd保持在0.5，虚警概率Pfa将如何变化？
答：Pfa增加20倍。

如图所示，F=4时，
由Pd=0.5，
可以得到Pfa：
5lgd=6dB，Pfa=5*10^-5
5lgd=5dB，Pfa=10^-3
所以Pfa增加到原来的20倍。

(有错)
(4)谱级的定义是什么？以白噪声为例，给出白噪声谱的表示。

◆谱级：信号在某一频率的谱密度与基准纳密度之比的以10为底的对数乘以10，以分贝
计。

(5)能够根据噪声的功率谱曲线，计算频带内的噪声功率。

图给出了典型的海洋噪声频谱图，每个倍频程衰减约6~8dB，海况每增加一级，谱级约提高3~4dB。

如从图中可以查出在3级海况下，1000Hz处的噪声谱级是73dB(0dB = 1μPa )
有时候需要计算某一频段内的噪声功率。

假设海洋噪声的平均功率谱密度可写为：
此处f0是参考频率，指数k表示每个倍频程的衰
减值。

如果k = 6，意味着每个倍频程衰减6dB，
频段内的噪声功率计算过程如下：
在频段(f1,f2)内噪声的功率为：
例：如果声纳工作频段是500~5000Hz，0级海况1000Hz处的谱级为66dB，假设水听器的灵敏度为-194dB(参考值0dB = 1V/μPa),求水听器输出电压值？
将f1 = 500Hz，f2 = 5000Hz，f0 = 1000Hz，k = 6代入上式，得到：
则水听器输出电压值为：20logV = 98.5 -194，则V = 16.8μV
(6)理解距离分辨率、距离分辨力；方位分辨率、方位分辨力
◆距离分辨力:指在同一方向,声纳能分辨两个目标的最小距离差。

如有两个目标，其回波到达
时间分别为t1和t2，能分辨两个目标的条件为t2- t1>=τ，可得到能够分辨的最小目标间距为r min>=0.5cτ，即距离分辨力为0.5cτ。

◆距离分辨率：刻画算法性能，细化程度。

在所用算法中，能将两个靠的很近的谱峰保持分
开的能力。

对单个目标的处理有好处。

◆方位分辨力：指在同一距离上，声纳能区分出的两个最小角度差。

◆方位分辨率：所用算法中，能将两个靠的很近的谱峰保持分开的能力
(7)理解典型的主、被动声纳方程
◆主动声纳方程SL - 2TL + TS + GS + GT - NL = DT
主动声纳方程解释：假设声压级为SL，在传播到距离发射换能器r处的目标时，声压级变为SL-TL。

由于目标强度为TS，当信号由目标处重新辐射出来(即回声)时，声压级为SL-TL+TS。

经过同样距离为r的传播损失，在回声到达接收基阵时，输入信号的声压级为SL-2TL+TS。

因此，每个基元接收到的信号余量为SL-2TL+TS-NL, 其中，NL也可能由噪声和混响(RL)，还可能加上舰艇自噪声。

由此可看出，单水听器接收到的信号的信噪比为(SNR)in = SL - 2TL + TS - NL再加上声纳系统的空间增益和时间增益，就得到输出信噪比为(SNR)out= SL - 2TL + TS - NL + GS + GT在最大作用距离处，这个量应等于声纳输出端的最小可检测的信噪比，也就是识别系数(检测域) DT = SL-2TL+TS -NL+GS+GT
◆被动声纳方程SL - NL - TL + GS + GT = DT
被动声纳方程解释：假定目标辐射噪声的指标声压级为SL，经过距离为r的传播衰减，到达接收阵后信号变为SL – TL，所以单水听器收到的信号声压为SL - TL - NL，其中NL为海洋环境噪声或者有海洋环境噪声和舰艇自噪声构成(SNR)in= SL - TL - NL经过空、时处理后的输出信噪比为(SNR)out= SL - TL - NL + GS + GT在被动声纳的最大作用距离处，该值等于检测域SL - TL - NL + GS + GT = DT
(8)声纳技术指标
◆技术指标通常包括：作用距离、测向精度、测距精度、多目标分辨力、目标识别能力等
数字式声纳电子系统设计(1)
(1)理解声纳战术指标、技术指标和声纳系统分机指标间的关系
◆由声呐系统技术指标（作用距离、工作频率、波束角度等）通过声呐方程确定出声呐系统分机指标
（接收机、基阵、发射机、处理机）；声呐系统分机指标可以反应出声呐系统技术指标的正确性，对其进行反馈修正
(2)理解发射机、接收机和处理机的作用，并能理解各分机指标的影响因素
◆发射机作用：将特定形式的电信号经功率放大器送至发射换能器(或换能器基阵)转换为
声信号在水中辐射出去。

➢发射机的影响因素：①脉冲功率：最大有效作用距离的决定因素之一②脉冲重复周期：取决于声纳最大作用距离③脉冲宽度：不仅与混响强度及处理增益有关，而且
应考虑盲区和距离分辨率④发射机平均功率：指一个脉冲周期内的平均功率，决定
着发射基元、器件的发热程度(功耗)、以及电源为发射机提供的功率要求。

◆接收机作用：接收和处理来自接收基阵的信号，并将处理结果送至终端显示器供操作员
观察或送至检测判决器进行自动判决。

➢接收机的影响因素：放大倍数，通频带，动态范围、一致性
◆处理机作用：据声纳设计的用途和功能，对(多通道)接收信号进行数字化，并加以特定
流程的处理，使声纳达到预期的技术参数要求。

➢处理机的影响因素：采样频率，数据量，数据接口，处理能力，处理方法，显示控制
◆这四个分机的指标之间是相互影响、相互制约的，例如：
1. 提高声源级，会导致：a. 直接提高接收信号b. 直接提高混响c. 当噪声与声源级无
关时，性能会提升d. 声源级受限于换能器的空化和系统的总功率
2. 提高频率会导致:a. 复杂的环境影响（i. 传输损失增加ii. 环境和自噪声减小iii.海
面、海底和反向散射损失一般会增加）b. 目标强度一般会提高，但可能更复杂c. 如果孔径不变并且基元数足够多（i. 声源级提高ii. 阵增益提高iii.水平波束宽度减小，改善混响，提高跟踪精度iv. 垂直波束宽度减小，改善混响）d. 对于CW信号，改善多普勒分辨率，从而对非零多普勒目标运动分析(TMA) 得到更好的性能(信号多普勒和频率成正比)e. 信号处理运算量急剧提高，因为采样频率提高(Nyquist)且波束数目提高
3. 提高脉冲长度会导致:a. 检测能力改善，但是混响的提高和处理增益提高二者的净
效应一般会较小或者有一个净损失b. 盲区增大c. 对于CW信号（i.改善多普勒分辨率，从而对非零多普勒目标运动分析(TMA)得到更好的性能ii.距离分辨率降低，其和脉冲长度成比例iii.混响提高，其和脉冲长度成比例）
4. 提高脉冲带宽会导致：a. 对于CW, 带宽决定于脉冲长度b. 对于频率CP或PRN脉
冲（i. 带宽内的噪声会提高。

ii. 检测能力会发生变化，理论上，检测能力会下降(因为带内噪声提高)iii. 距离分辨率提高，因此提高了TMA以及改善了信混比iv. Energy splitting losses (ESL，由于回波时间扩展引起的)，从而导致处理增益降低
5. 提高发射和接收孔径会导致:a. 提高阵增益(对噪声和混响)b. 提高声源级c. 提高跟
踪精度d. 信号去相关会限制增益提高
(3)以线阵为例，指向性指数、阵增益等计算
◆指向性指数：
◆阵增益：
(4)目标距离分辨力和方位分辨力的影响因素？
◆目标距离分辨力：脉冲宽度
◆方位分辨力：方位向的波束宽度
(5)波束图中的主瓣、旁瓣、栅瓣理解？
◆主瓣：波束图中辐射强度最大的瓣称为主瓣
◆旁瓣：除了主瓣以外的所有波瓣均是旁瓣
◆栅瓣：对于均匀阵而言，当阵元的间距大到某一程度时，会出现与主波束相同高度的波
瓣即为栅瓣。

栅瓣具有和主瓣相同的高度，占据了辐射能量，并且由于栅瓣的存在会造成空间分辨模糊，很难分辨主目标，导致目标位置模糊。

另外，栅瓣的存在会导致干扰信号经栅瓣进入接收机，从而影响声纳的正常工作甚至对设备造成损坏。

栅瓣的避免在许多声纳系统中是要强调的，例如在相控阵中，辐射方向改变时，栅瓣会随着辐射方向的变动而出现。

◆评判波束形成性能的一般指标是波束图的主瓣宽度、旁瓣级和指向性指数
数字式声纳电子系统设计(2)
(1)模糊度函数的定义和作用？与匹配滤波器的关系
答：函数的定义：
其中为信号延时，为信号的频移，模糊函数描述了信号的时频域联合特性。

作用：研究和分析声呐和雷达信号的方法；反应了分辨相邻目标距离和速度的能力
与匹配滤波器的关系：通过模糊函数就可以了解匹配滤波器的处理效果
(2)发射机的评价指标
发射机主要指标：电脉冲功率脉冲重复周期脉冲宽度发射机平均功率动态范围
其它：频率稳定度、频率范围、可靠性、可维护性以及工作环境适应性等
(3)常见几类发射机的优、缺点？能够画出D类发射机的原理框图并解释
1）classA：此类功率放大电路的静态工作点Q通常固定在交流负载线重点，功放管在输入信号整个周期内都有不失真的电流输出，信号的正、负半周功放电路都处于放大状态。

缺点：甲类功放静态电流大，功率损耗大，效率低；在没有信号输入时，功率损耗最大，理想效率只有50% 。

优点：该类功放的非线性失真很小，因此常见于音频高保真功放电路。

2）ClassB此类功率放大电路的静态工作点Q在横轴(Ic = 0)上，其特点是在输入信号的整个周期内，功率管只在半个周期内导通，另半个周期截止，无静态电流。

优点：没有输入信号时，电源不消耗功率，效率高，理想效率可达78.5%。

缺点：此类功放通常工作在推挽方式下，由于三极管都存在一个导通角，小于导通角时上下两
个功放管都不工作，出现交越失真。

3）ClassAB此类功放的静态工作点在class–A和class-B之间，靠近截止区，在输入信号的一个周期内，功放管导通时间大于半个周期。

优点：静态电流小，效率较高，使A类功放在低负载阻抗下也能够继续合理工作。

缺点：电流波形失真较大。

附：实际上，AB类并不能真正算一类，它只是A和B的结合。

如果一个A类功放偏入B类，那么偏得更多些就变成了AB类。

AB类的线性度比A类和B类差，有观点认为，AB类功放唯一合理的用处在于使A类功放在低负载阻抗下也能够继续合理工作。

4）ClassD此类功放的功放管工作在开关状态，即饱和和截止两种极端工作状态，因此不用关心功率管的线性性能，可由数字信号控制功率管的通断。

优点：功率管通常使用MOSFET管，当功放管工作在开关状态时，理想情况下功放管导通时内阻为零，截止时内阻无穷大，效率是100% 。

通常在导通状态下功率管的导通内阻很小，远小于功放管的负载，因此功耗小、效率高，实际达到的效率通常都高于80%。

信号源的形式采用方波，控制方波的宽度可以改变信号的幅度(PWM)。

缺点：在功放和负载之间需要加上截止特性很好的低通滤波器，其最大问题是只能对特定的负载阻抗给出平坦的频率响应。

(4)理解几种信号源设计方案？不同的信号源类型和不同的发射机类型间的关系？
◆直接对应探测波形：a)处理器+ DA + Filter. b)DDS + Filter .c)Δ∑调制+ Filter.d)PWM
调制+ Filter
◆PWM后的波形-方波：a)MCU.b)DSP.c)FPGA
(5)四种基本脉冲类型的特点、分辨性能?
◆CW脉冲属于窄带信号, 可对其幅度加权，长脉冲有好的多普勒分辨力，但是距离分辨力
较差。

多普勒分辨力可用于辨别混响，并且有利于更好地进行高混响背景下的高速目标探测。

◆编码脉冲(CP)包括连续频率调制(FM)脉冲(频率/周期线性上调或下调(LFM))，双曲调频
(HFM)，还包括频率步进信号，例如频移键控(FSK)。

这些脉冲有很好的距离分辨力，但是多普勒分辨力较差甚至没有。

这些脉冲利于抗混响，因此适合用于混响背景中低多普勒目标探测。

◆伪随机脉冲(PRN)，通过发射已知的宽带信号，尝试获得CW脉冲和CP脉冲的优点，获
得好的距离和多普勒分辨力。

但为什么不是所有声纳都使用PRN？首先，能够发射这种脉冲的换能器有技术复杂；其次，该信号的处理也比较困难，因为它需要多组不同距离和多普勒的拷贝相关器。

◆冲击声源，例如气枪，爆炸以及电火花，发射宽带信号。

由于持续时间短，必须这些信
号进行非相干处理，这些声源有很好的距离分辨力，但是没有多普勒分辨力。

这些声源
的主要优势在于它们的成本很低。

(6)Δ∑调制、PWM调制的原理?调制后方波信号的频谱结构？
◆Δ∑调制原理：ADC可被认为是一个压控震荡器，控制电压为被测量的电压，线性和比
例性由负回授决定。

振荡器输出为一个脉冲串，每个脉冲为已知，常量，幅度=V且持续时间为dt，因此有一个已知的积分=Vdt但是变化的分离间隔。

脉冲的间隔由回授电路决定，所以一个低输入电压产出一个脉冲间的长间隔；而一个高输入电压产生一个短间隔。

实际上，忽略开关错误，脉冲间的间隔与该间隔内输入电压的平均成反比，因此在该间隔ts内，是一个平均输入电压的样本，与v/ts成正比。

最终的输出数是输入电压（该电压由脉冲计数决定）的数字化在一个固定加总间隔=Ndt 产出一个计数，Σ。

脉冲串的积分为ΣVdt其在时间间隔Ndt内被生成，因此输入电压在加总周期内的平均为VΣ/N，而且是平均的平均所以只遭受很小的变化。

◆脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输
出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。

也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。

按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

数字式声纳电子系统设计（3）
(1)接收机的评价指标、解释
◆信号接收能力：可以接收何种类型的信号，比如GPS、GLONAS、BD-2.以及接收信号的
频点与码种类。

◆通道数：对应信号的通道数，比如GPS有24个通道，而GLONASS有12个通道。

◆单点定位精度：对应的各个系统间的单点定位精度，包括水平与高程。

◆输出时间精度
◆测速精度：对应的各个系统的测速精度，包括水平与高程。

◆接收机灵敏度：对应各个系统的捕获与跟踪的灵敏度；收信机在满足一定的误码率性能
条件下收信输入端需输入的最小信号电平。

◆伪距精度误差：对应各个系统的使用伪距定位的误差。

◆通道时延的一致性：对应各个系统的通道时延。

◆动态性能：对于不同类型的码捕获，有不同的动态性能，例如速度、加速度、加加速度
以及高度等。

◆启动时间：包括冷启动时间，温启动时间，热启动时间，失锁重捕获时间
(2)能够结合谱级、水听器灵敏度计算水听器输出电压
◆例：如果声纳工作频段是500~5000Hz，0级海况1000Hz处的谱级为66dB，假设水听器
的灵敏度为-194dB(参考值0dB = 1V/μPa),求水听器输出电压值？
将f1 = 500Hz，f2 = 5000Hz，f0 = 1000Hz，k = 6代入上式，得到：
则水听器输出电压值为：20logV = 98.5 –194 则V = 16.8μV
(3)混响级计算
◆体积混响级
散射强度是表征混响强度的一个基本量，其定义是：单位面积或体积在参考距离1m处散射的强度与入射平面波强度的比值。

Iinc为入射平面波的强度；Iscat为1m2面积或1m3体积所散射的声强，这一强度实际上是在较远的地方测得再折算(按声压的球面波衰减)到1m处.
SL：声源级，r为接收水听器和发射换能器间的距离(单位是m)，Sv是体积散射强度，定义同上式
c为声速，τ为脉冲宽度，Ψ为发射换能器的指向性和接收水听器的指向性等效合成束宽，可以表示为：
(4)传播损失、吸收损失计算
◆传播损失计算
声波在海洋中传播时，随着传播距离的增加，声强将逐渐减弱，其原因是：(1)波阵面的几何扩展(2)声波在海面和海底的边界损失(3)声吸收(4)声散射
TL = αr + n×10 log (r)
n = 0：平面波，无扩展损失
n = 1：柱面波，波阵面按柱面波规律扩大，相当于全反射海底和全反射海面
组成的理想波导中的传播条件
n = 3/2：计入海底声吸收情况下的浅海声传播，这是计入界面声吸收所引入的
对柱面传播损失的修正
n = 2：球面波传播，波阵面按球面扩展
n = 3：声波通过浅海声速负跃层后的声传播损失
n = 4：计入平整海面对声反射的干涉效应后，在方和菲衍射区内的声传播损
失，这是计入声波干涉后，对球面传播损失的修正
◆吸收损失计算
(1)Mellon公式(f≤10kHz)
声吸收系数α，与频率f有关，常见的经验公式：
A = 0.11×10(PH-8)，
B = (1/fr)2，fr = 10(T - 4)/100kHz，
T为水温(°C)，pH(氢离子浓度)通常在7.3~8.5之间
(5)讨论接收机最小放大倍数、最大放大倍数的影响因素
信号预处理一般包括四个部分：(抗混叠)滤波、固定增益、程控增益(AGC 、TVG 、A VG)、A/D 转换，通常将前三个部分称为接收机(硬件)
滤波器选择和发射信号以及预期目标回波信号的特性有关。

滤波之后得到一个信号，如果该信号小于s/2，那么该信号总是被抑制掉，最大可编码的信号(VFS)为b 2s 。

AD 的动态范围是s~ b 2s 。

任何信号超出此范围，或者不能表示，或者产生限幅。

则最小放大倍数为s/(s/2)=2倍，最大放大倍数为b 2s/(s/2)=12+b 倍
AD 比特数为n ，除去1bit 符号位，字长(码长)为b 。

n = b + 1，s 步长（两个相邻单位值） (6)能够画出简单的低通或带通的有源放大滤波电路形式，最好能够计算元件参数
◆ 有源滤波器：指由运算放大器和RC 网络（极少用LC ）构成的有源网络。

◆ 低通滤波器
压控电压源二阶低通滤波节设计：
滤波器函数
1212211212212121()1111oc LP oc K R R C C T s K s s R C R C R C R R C C =⎡⎤-++++⎢⎥⎣⎦
对照低通标准表达式，则：()()01212122111212121211oc R R C C R R C K R C R R C C R R C C ωα⎧=⎪⎪⎨++-⎪=⎪⎩
W0为谐振频率 a 为阻尼系数 K （oc)为通带增益
()2221111111oc C R C K l C R C m <+
+=++ 1221C R m ,l C R ==
()1220122210124414121oc F F oc m
R C R m R K C m R R R //R R K R =⎡⎤⎛⎫=±--+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦
+=⎧⎪⎪⎨=+⎪⎪⎩ωααω
◆ 多路负反馈二阶低通滤波节设计 V I
R 1C 2R 2
C 1
+R 4R F K oc V o
R 1
R 2
A o
C 2
R 4
V I
C 1
R 3
-
V o
带通滤波器
压控电压源型带通滤波器电路
R F
V I
R 1
R 4
+
K oc
V o
C 1
C 2
R 2
R 3
因此，元件值为：
12302R R R C ===
ω
无限增益多路负反馈带通滤波器电路
(7)计算多个噪声源级的和
来自多个噪声源的总噪声级，可通过进行非相干叠加获得。

公式如下： 以两个噪声P1与P2为例，则总噪声功率PT=10㏒10（以10为底）（10P1/10（P1/10为10的倍数）+10P2/10（P2/10也为10的倍数））.多个噪声则进行多个相加
数字式声纳电子系统设计（4）
(1)量化噪声计算
C 2
R 2
R 4
V I
V o
R 1
C 1
R 3
-
A o
(2)动态范围控制技术的作用与原理
◆动态范围控制的目的：为了适应显示器和数字系统有限的动态范围，当输入信号大范围变
化时，减小输出端的信号变化范围。

◆AGC(自动增益控制):使接收机的增益随输入量的的强弱自动改变，使其输出基本保持恒定。

AGC工作原理:根据测量的信号加噪声的随机电
压或时间序列方差的平均值，通过反馈环路，自
动地调节接收机的增益。

它有三个主要部件组
成：程控增益放大器、固定增益放大器和方差估
计器。

方差估计器实现把估计的方差与试图保持
的方差进行比较，根据两者的差值对程控增益放
大器进行控制。

◆SGA(步进增益放大):SGA与AGC的不同之处在于它的增益变化是非连续的、步进的。

SGA工作原理:SGA的工作原理与AGC
相似，也是根据估计的方差依靠反馈环路
自动地控制增益变化。

但两者的用途是不
同的。

AGC主要用于主动声纳，在那里
由于海面和海底混响的作用，噪声功率迅
速变化，因此需要连续的AGC；SGA主
要用于被动声纳，在那里噪声功率随时间变化不太快。

在SGA控制环中，需要充分长的时间，使得通过时间平均，在估计器传来最新一步增益变化的作用之前不会做出新的增益补偿判决。

◆TVG(时变增益控制):TVG主要用于主动声纳，因为主动声纳中噪声加混响的功率以距离(时
间)为函数，可以近似计算出来，因此可以采用预先规定的增益变化规律。

TVG主要用于主动声纳，因为主动声纳中的噪声加混响的功率以距离或时间为函数，可以近似地计算出来，因此可以采用预先规定的增益变化规律。

例如：
球面波衰减规律下的回波级：EL = SL – 2TL + Ts
TL = 2αR + 40log(R)
TVG曲线：2αR + 40log(R) +G
可见，动态范围控制技术分两类：
闭环增益控制：是利用接收机输出信号检波后作为控制信号，控制接收机增益AGC、SGA 开环增益控制：控制信号与输入信号无直接关系，按照某种特定的规律变化TVG
(3)理解A/D的比特数、量化步长、字长、量化级数、实际量化级数、SQNR、量化噪声、
编码的动态范围等？
◆AD动态范围：满度电压(AD可接受的最高电平，亦即不发生限幅的电平)与量化步长之比。

显然：如果输入信号小于s/2，该信号总是被抑制掉，最大可编码的信号(VFS)为2b s。

AD的动态范围是s~ 2b s。

任何信号超出此范围，或者不能表示，或者产生限幅。

◆AD比特数为n，除去1bit符号位，字长(码长)为b。

n = b + 1
◆量化噪声:由于样本值分层量化的结果，实际波形与A/D输出之间是有误差的，其最大误差
εq=s/2，这说明量化后的信息是有损失的。

量化误差好像一个附加噪声，我们把这种噪声叫做量化噪声。

量化噪声具有白噪声的性质，它具有矩形概率密度函数.量化噪声功率与量化步长s有关.
◆SQNR:信号功率与量化噪声功率之比
◆量化：
(4) 设计程控增益电路(典型控制、数据信号连接方式，可与具体芯片无关)
数字式声纳电子系统设计（5）
(1)什么是实信号、复信号、基带信号、窄带信号、解析信号？比较频谱和功率谱？
◆实信号:现实中真实的、可以测量到的信号（如正弦波、信号噪声都是实信号）。

◆虚信号:不存在的，但为了计算方便而引入的概念。

◆复信号:实信号和虚信号合称复信号
◆基带信号:信源发出的没有经过调制的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附
近开始，具有低通形式。

◆窄带信号:若信号带宽为B ，时宽为T，中心频率为f0，则窄带信号的定义有：
定义1： B << f 0，即相对带宽B/f 0<< 1 ,一般B/f 0< 0.1。

定义2：2v/c<<1/TB,其中v 是阵列与目标的相对径向运动速度，c 是信号在介质中的传播速度。

定义3：( N－1) d/c<<1/B，其中N 是阵元数目，d 是阵元间距。

定义4：2 Bτθ +1≈1 ,其中τθ是整个阵列以及延迟线的延时之和。

定义5：该信号空间协方差矩阵在没有噪声时的第二个特征值小于噪声功率。

“定义1”是对窄带信号的直观理解,同时也是窄带实信号可有效表示为其复解析形式的充分条件,在很多文献中均以该定义来区分信号是宽带信号还是窄带信号。

“定义2”是指在存在相对运动的系统中,在信号的持续时间T 内,相对于信号的距离分辨率,目标没有明显的位移,此时信号可视为窄带信号,否则信号就是宽带信号。

“定义3”是指在阵列信号处理中,如果信号带宽的倒数远远大于信号掠过阵列孔径的最大传播时间,就称为窄带信号,否则为宽带信号。

“定义4”和“定义5”是从阵列采样数据自相关矩阵特征值的角度来定义窄带信号的,窄带情况下,阵列采样数据自相关矩阵的大特征值个数等于信号个数。

◆解析信号:与实信号s(t)对应的解析信号z(t)=s(t)+jH[s(t)],其中H[s(t)]是s(t)的Hilbert变换.
◆功率谱的概念是针对功率有限信号的，所表现的是单位频带内信号功率随频率的变换情况。

保留频谱的幅度信息，但是丢掉了相位信息，所以频谱不同的信号其功率谱是可能相同的。

有两个重要区别：1。

功率谱是随机过程的统计平均概念，平稳随机过程的功率谱是一个确定函数；而频谱是随机过程样本的Fourier变换，对于一个随机过程而言，频谱也是一个“随机过程”。

（随机的频域序列）2。

功率概念和幅度概念的差别。

此外，只能对宽平稳的各态历经的二阶矩过程谈功率谱，其存在性取决于二阶矩是否存在并且二阶矩的Fourier变换收敛；而频谱的存在性仅仅取决于该随机过程的该样本的Fourier变换是否收敛。

(2)充分理解涉及到的几种采样定理？能根据信号特点计算采样率。

(3)写出CW、LFM、PRN信号的复包络表达式？。