超宽带散射信号的时域测量及处理
超宽带综述
一、超宽带信号的定义及其特点两个常用概念能量带宽：相对带宽：定义1990年美国军方首次提出“超宽带”这一概念，并规定在-20dB处的绝对带宽大于或相对带宽大于25%的任何信号均称之为超宽带信号。
2002年，FCC对美国军方的定义作了修改，规定信号-10dB绝对带宽大于或相对带宽大于、等于20%，就称之为超宽带信号。
这个定义使得超宽带信号不再局限于脉冲发射.超宽带技术的特点超宽带技术在历史上还有其他的名称，如脉冲无线电 (ImpulseRadio)，时域脉冲，无载波技术等。
上述名称反映了超宽带信号在时域上持续时间极短，在频域上覆盖了很宽的频带这个典型特点。
超宽带技术具有如下优势:(1)辐射谱密度低超宽带通信系统使用很低的功率谱密度发射信号，功率谱密度与窄带系统接收端的背景噪声电平持平。
因此，超宽带系统对窄带系统的干扰小，能与其他通信系统共享频谱资源。
此外，低的辐射谱密度使得信号的隐蔽性特别强，被截获和检测的概率低，保证了通信的安全性。
(2)传输速率高超宽带极窄脉冲信号的本质特点就是具有极宽的带宽，由香农信道容量公式可知，信道容量与带宽呈近似线性关系。
因此，超宽带系统具有很大的系统容量。
超宽带的这种特性非常适用于高速率数据传输的无线通信系统，理论的最大数据传输速率可达到1GbPs。
但是，由于辐射谱密度低，超宽带系统只能应用于10米内的短距离高速无线通信。
(3)多径分辨能力强在无线通信系统中，信道情况比较复杂，发射机和接收机之间存在许多障碍物。
发射信号经过多次反射、散射、绕射后经过不同的路径到达接收端。
由于经过不同路径的信号其幅度的衰减和时间的延迟都是不同的，所以在接收端这些信号的叠加会引起信号的衰落，窄带系统尤为严重。
在超宽带系统中，承载数据信息的是持续时间在纳秒级的时间离散窄脉冲，经多径反射的延时信号与直达信号在时间上是可以分离的。
因此，超宽带信号具有很强的分辨多径衰落能力。
(4)极宽的带宽一个基带极窄脉冲从时域经傅里叶变换到频域，其频率覆盖范围从直流(DC)到几个甚至十几个GHz的频率位置。
OTDR的工作原理
OTDR的工作原理一、引言光时域反射仪（OTDR）是一种用于光纤测试和故障定位的重要仪器。
本文将详细介绍OTDR的工作原理，包括原理概述、光脉冲发射、光脉冲接收、信号处理和测试结果分析等方面。
二、原理概述OTDR利用光脉冲的发射和接收原理，通过测量光脉冲在光纤中的反射和散射信号来分析光纤的性能和故障位置。
其工作原理基于时间域反射技术，通过发送一个短脉冲光信号，测量其在光纤中的回波信号，从而获得光纤的损耗和反射信息。
三、光脉冲发射OTDR的光脉冲发射是通过激光二极管或半导体激光器来实现的。
发射光脉冲的特点是短脉冲宽度和高峰值功率。
光脉冲经过光纤传输后，部分能量会被纤芯和纤鞘的界面反射回来，而另一部分能量会散射到纤芯和纤鞘中。
四、光脉冲接收OTDR的光脉冲接收是通过光电二极管或光电探测器来实现的。
接收到的光脉冲信号经过放大和滤波后，转换成电信号。
接收到的信号包含了光纤中的反射信号和散射信号。
五、信号处理接收到的光脉冲信号经过信号处理模块进行处理和分析。
首先，对信号进行时域采样和量化，将信号转换为数字信号。
然后，对信号进行滤波和增益调整，以提高信号的质量和可靠性。
最后，对信号进行数据处理和解析，得到光纤的反射和散射信息。
六、测试结果分析通过对接收到的信号进行分析，可以得到光纤的损耗和反射信息。
根据光脉冲的传输时间和光速的已知值，可以计算出光纤中的距离。
通过分析反射信号的幅值和散射信号的分布，可以判断光纤的质量和故障位置。
七、应用领域OTDR广泛应用于光纤通信系统的建设、维护和故障排查中。
它可以用于测量光纤的损耗、衰减、反射、散射、连接点和故障位置等信息。
在光纤网络的规划、安装和调试过程中，OTDR可以帮助工程师快速定位和修复故障，提高网络的可靠性和性能。
八、总结OTDR是一种用于光纤测试和故障定位的重要仪器，其工作原理基于时间域反射技术。
通过发射和接收光脉冲信号，并对信号进行处理和分析，可以获得光纤的损耗和反射信息，帮助工程师定位和修复故障。
pmd时域测量技术方案
PMD时域测量技术方案引言PMD（Polarization Mode Dispersion）是一种光纤传输系统中常见的失真现象，它会导致光信号在纤芯内不同模式之间的分离，从而影响光信号的传输质量。
为了准确测量和分析PMD现象，需要采用适当的时域测量技术方案。
本文将介绍一种基于时域测量的PMD技术方案，详细说明其原理和步骤，并给出实际应用案例。
技术方案概述本技术方案基于时域测量原理，通过分析光信号在时域上的变化，来准确测量和分析PMD现象。
其主要步骤包括：采样、时域信号处理和PMD参数计算。
采样首先，需要采样被测光信号。
可以使用特定的光纤测量设备，如OTDR（Optical Time Domain Reflectometer）等，来生成光信号的时域波形。
时域信号处理得到时域波形后，需要对其进行信号处理。
常见的信号处理方法包括滤波、降采样和采样点对齐等。
这些处理方法能够提高信号的质量和准确度，从而更好地分析PMD现象。
PMD参数计算经过信号处理后，可以通过计算一些PMD参数来评估光纤传输系统中的PMD现象。
常见的PMD参数包括：群时延差（DGD）、一阶和二阶PMD等。
这些参数能够帮助我们理解PMD现象的严重程度，并采取相应的措施进行调整和优化。
技术方案实施步骤下面详细介绍了基于时域测量的PMD技术方案的实施步骤。
1.采样信号：使用光纤测量设备（如OTDR）对待测信号进行采样，得到光信号的时域波形。
2.信号处理：对时域波形进行信号处理。
可以使用滤波器对信号进行滤波，去除噪声和杂散信号；可以利用降采样技术降低信号采样率，减少计算复杂度；还可以进行采样点对齐，使得不同采样点之间的时间间隔相等。
3.计算PMD参数：根据信号处理后的时域波形，计算PMD参数。
常见的PMD参数包括群时延差（DGD）、一阶和二阶PMD等。
这些参数可以通过一些数学算法和模型进行计算，如互相关法、自相关法、最小二乘法等。
4.结果分析：根据计算得到的PMD参数，分析光纤传输系统中的PMD现象。
uwb技术原理
UWB技术原理详解1. 引言超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）技术是一种用于无线通信的调制和传输技术。
与传统的窄带通信技术相比，UWB技术具有更大的频谱带宽、更低的功率密度和更高的数据传输速率。
本文将详细解释UWB技术的基本原理。
2. UWB技术概述UWB技术是一种基于短脉冲的无线通信技术，其核心思想是通过在时间域上使用非常短且宽带的脉冲来传输信息。
这些脉冲通常持续时间仅为纳秒级别，但频谱却非常宽广，覆盖几个GHz甚至更多。
由于这种特殊的脉冲形式，UWB技术能够实现高速数据传输、高精度定位以及低功耗通信等应用。
3. UWB脉冲生成在UWB系统中，脉冲生成是实现高速数据传输和定位功能的关键步骤之一。
一般来说，UWB系统中使用两种方法来生成宽带脉冲：直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，简称DSSS）和脉冲形状调制（Pulse Shape Modulation，简称PSM）。
3.1 直接序列扩频（DSSS）DSSS是一种将窄带信号扩展到宽带信号的技术。
在UWB系统中，DSSS通过将窄脉冲与一个高速伪随机码序列进行乘积运算来生成宽带脉冲。
这个伪随机码序列通常是一个具有良好相关性特性的码片序列，其周期远远小于脉冲持续时间。
具体而言，DSSS的过程如下： - 步骤1：将要传输的信息数据进行调制，得到基带信号。
- 步骤2：将基带信号与伪随机码序列进行乘积运算。
- 步骤3：将乘积结果进行滤波处理，得到宽带脉冲。
3.2 脉冲形状调制（PSM）PSM是一种通过调制脉冲形状来实现宽带通信的方法。
在UWB系统中，PSM通过改变脉冲的幅度、宽度和相位等参数来实现信息传输。
常见的PSM技术包括正弦调制、高斯调制和Hermite-Gauss调制等。
具体而言，PSM的过程如下： - 步骤1：将要传输的信息数据进行调制，得到基带信号。
- 步骤2：根据基带信号的特性，设计合适的脉冲形状函数。
uwb原理
uwb原理
uwb原理是指超宽带技术（uwb），它是一种新型无线通信技术，
它可以提供极高的传输速率，超过100M bps。
不同于传统的无线通信
技术，它使用比传统技术更长的脉冲，从而可以传输更多的信息，而
且可以利用纳秒级的时间精度来传输信息，从而实现精确定位。
UWB的基本原理是利用超宽带脉冲的短暂存在，其时域技术可以实
现精确定位。
它可以使用很小的功率传播非常宽的信号波形，从而可
以精确测量发射和接收之间的距离，即时延迟（toa）。
由于它使用短
时间脉冲，所以可以有更高的频谱效率，即可以在非常窄的带宽内传
输大量的信息，而且对信号干扰非常稳健。
UWB的另一个优势是它的无线定位特性，可以准确的测量多个无线
节点之间的相对距离，从而实现精确的位置定位。
它还可以通过基于
多普勒散射技术（mimo）测量发射端和接收端之间的多普勒散射。
UWB还可以用于安全保障，因为它可以检测到信号的慢速衰减功率，这意味着可以确定接收到信号的距离，而且UWB还可以反向识别信号，从而实现信息的安全传输。
总之，UWB技术具有极高的传输速率，可以准确无误的定位，且具
有良好的安全性，是一种先进的无线通信技术，在我们日常生活中有
着广泛的应用。
光时域反射仪(OTDR)工作原理及测试方法
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超宽带信道时域测量中去卷积算法研究
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第 ２ ８卷 第 ６ 期 ２０ 年 ６ ０７ 月
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uwb信道脉冲响应
uwb信道脉冲响应UWB信道脉冲响应UWB（Ultra-Wideband）信道脉冲响应是指在UWB通信系统中，传输信号在信道中的传播过程中所经历的时域响应。
UWB通信是一种利用超宽带信号进行通信的技术，其传输信号的带宽非常大，通常超过几百兆赫兹，甚至可以达到几个千兆赫兹。
由于信号带宽宽广，UWB通信系统具有高数据传输速率、低功耗以及抗干扰能力强等优点，被广泛应用于室内定位、无线传感网络、雷达和通信系统等领域。
UWB信道脉冲响应是描述UWB信道传输特性的重要参数之一。
它反映了UWB信号在传输过程中受到的衰落和时延等影响。
通常情况下，UWB信号在传输过程中会受到多径传播、多径干扰、多径衰落等因素的影响，导致信号在时间上发生扩散和失真。
对于UWB通信系统而言，了解信道脉冲响应有助于优化系统设计和性能评估。
通过对信道脉冲响应的分析，可以确定最佳的发送和接收滤波器设计，以提高信号的传输质量。
此外，信道脉冲响应还可以用于通信系统的链路建模和仿真，为系统的性能分析提供依据。
为了获得UWB信道脉冲响应，通常采用的方法是通过测量实际信道中的信号响应来获取。
在实际测量中，可以使用脉冲激励信号发送到信道中，然后接收并记录接收信号。
通过对发送信号和接收信号进行相关分析，可以得到信道的脉冲响应。
在UWB通信系统中，信道脉冲响应通常表现为多个信号传播路径的叠加效应。
由于信号在传输过程中经历了多次反射、散射和衍射，导致信号到达接收端的时间和功率存在多个峰值。
这些峰值对应着不同的路径，称为多径。
多径效应是UWB信道脉冲响应的重要特性之一。
多径效应的存在会导致信号的扩散和失真，从而降低信号质量。
因此，在UWB通信系统的设计中，需要考虑多径效应对信号传输的影响，并采取相应的补偿措施，以提高系统的性能。
除了多径效应，UWB信道脉冲响应还可能受到其他因素的影响，例如噪声、干扰和衰落等。
这些因素对信号的传输质量也具有重要影响，需要在系统设计中进行合理考虑和优化。
超宽带天线辐射中心的时域测量方法
喇 叭做 为馈 源 的抛 物 反 射 面天 线 进 行 了 验证 ， 果 证 明 了该 方 法 的 可行 性 与 准确 性 。 结 关 键 词 ： 辐 射 中 心 ； 时 域 法 ； 超 宽 带 天 线 ； 高功 率 微 波 ； ＴＥ 喇 叭 Ｍ
中 图分 类号 ： Ｔ ８ ２ ８ Ｂ ２． 文献 标 志 码 ： Ａ ｄ ｉ １ ． ７ ８ ＨＰ Ｂ ０ １ ３ ５ １ １ ｏ：０ ３８ ／ Ｉ ２ １ ２０ ．３ ２ Ｐ
相位 中心 ”５ ｌ 来近似 天线 的相位 位置 ， 其定 义为 ： 在给定 频率 下 ， 主瓣某一 范 围 内使 辐射场 的相位 保持相 对 恒 在 定 的参 考点 。视在 相位 中心 的测量 问题 ， 内外 许多研 究专 家做 了大量工 作 ， 国 比较经 典 的方法是 采用求 天线远
场最 大辐射方 向上 相位 面 曲率 中心 的方法来 确定 天线 的相 位 中心 。对具 体 的 天线结 构 如 圆 口径 、 矩形 口径 的 角锥 喇 叭都得 到 了计 算相 位 中心的解 析表 达式 。国 内有 学者 针对远 区辐 射场有 确定表 达式 的天线 提 出 了测
１ 辐 射 中心 的 时域 测 量 方 法
若 天线 为轴对 称结 构 ， 其辐射 中心 应在其 对称轴 上 。图 １中 ， ０点为 天线 的辐射 中心 ， 则 设 为 辐射 主轴 ， 我们在 以主 轴上偏 离辐 射 中心 距离 △ 的 （ 为 圆心 、 ｒ》△ 为半径 的圆上 测 量天 线 的辐射 场 波形 。图 中 Ａ， ） ｒ（ ） Ｂ两 点都在 所测 圆上 ， 点位 于主轴 ， Ａ Ｂ点偏 离 主轴 度 ， Ａ， 则 Ｂ 两 点处 的波形 时延 ｒ为
我 们经 常需要 确定超 宽带 天线辐 射 中心的 位置 ， 如在 超宽 谱 高功率 微 波领 域 ， Ｅ 喇叭 天线 被广 泛 用作 反 例 Ｔ Ｍ
超宽带(UWB)技术
一、UWB技术简介UWB技术是一种与其它技术有很大不同的无线通信技术，它将会为无线局域网LAN和个人域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。
超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它开发了一个具有对信道衰落不敏感;发射信号功率谱密度低，有低截获能力，系统复杂度低，能提供数厘米的定位精度等优点。
UWB尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。
虽然超宽带的描述并不详细，它确实有助于将这项技术与传统的“窄带”系统分隔开，或者是更新的主要是指文献中描述的未来3G蜂窝技术的“宽带”系统。
关于超宽带和其它的“窄带”或者是“宽带”主要有两方面的区别。
一是超宽带的带宽，在美国联邦通信委员会(FCC)所定义比中心频率高25%或者是大于1.5G赫兹。
很清楚，这一带宽明显大于目前所有通信技术的带宽。
二是，超宽带典型的用于无载波应用方式。
传统的“窄带”和“宽带”都是采用无线电频率(RF)载波来传送信号，频率范围从基带到系统被允许使用的实际载波频率。
相反的，超宽带的实现方式是能够直接的调制一个大的激增和下降时间的“脉冲”，这样所产生的波形占据了几个GHz的带宽。
UWB无线通信技术与现有的无线通信技术有着本质的区别。
当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，形象地说，这种电波就像是一个人拿着水管浇灌草坪时，水管中的水随着人手的上下移动形成的连续的水流波动。
几乎所有的无线通信包括移动电话、无线局域网的通信都是这样的:用某种调制方式将信号加载在连续的电波上。
与此相比，UWB无线通信技术就像是一个人用旋转的喷洒器来浇灌草坪一样，它可以喷射出更多、更快的短促水流脉冲。
UWB产品在工作时可以发送出大量的非常短、非常快的能量脉冲。
这些脉冲都是经过精确计时的，每个只有几个毫微秒长，脉冲可以覆盖非常广泛的区域。
脉冲的发送时间是根据一种复杂的编码而改变的，脉冲本身可以代表数字通信中的0，也可以代表1。
散射与散射仪的物理实验技术处理方法
散射与散射仪的物理实验技术处理方法散射是物理学中非常重要的现象之一，它在各个领域中都有着广泛的应用。
而散射仪则是用来测量和研究散射现象的工具。
散射实验涉及到许多物理实验技术处理方法，本文将就其中一些常见的处理方法进行探讨。
一、角度测量方法在散射实验中，角度测量是最基本的操作之一。
而测量角度的方法有多种，常见的有使用刻度尺或者角度表。
刻度尺是一种使用方便的工具，可以直接读取角度。
而角度表则需要调节到与所测量的角度相等，再读取角度仪上的数值。
这些角度测量方法在实验中起着至关重要的作用，可以准确地测量出散射角度。
二、信号采集和处理方法在散射实验中，经常需要采集和处理散射信号。
目前常用的信号采集方法有两种：模拟信号采集和数字信号采集。
模拟信号采集是指将信号转换为模拟电压信号后进行采集。
而数字信号采集则是将信号转换为数字信号后进行采集。
这两种方法各有优缺点，实验中需要根据具体需求选择适合的信号采集方法。
信号处理是在信号采集之后对采集到的数据进行分析和处理的过程。
常见的信号处理方法有滤波、傅里叶变换等。
滤波是指通过滤波器将不需要的信号成分去除，以得到所需的信号。
傅里叶变换则是将时域信号转换为频域信号，可以分析信号的频谱信息。
这些信号处理方法在散射实验中能够提取出有用的信息，对实验结果的分析和解释起到关键作用。
三、数据分析和拟合方法散射实验中采集到的数据需要进行进一步的分析和处理。
常见的数据分析方法有图像处理、曲线拟合等。
图像处理可以从图像中提取出需要的信息，如散射强度、散射角度等。
曲线拟合则是将实验数据拟合到一条理论曲线上，以得到拟合参数和相关的物理量。
这些数据分析方法可以帮助实验者理解实验现象和物理规律，从而得出准确的结论。
四、误差分析和精度估计方法在散射实验中，误差是无法避免的。
因此，对实验数据进行误差分析和精度估计是非常重要的。
通常，误差分析可以通过重复实验和对比不同实验结果得出。
而精度估计可以根据各种误差来源进行合理的估计。
otdr的使用方法
otdr的使用方法光时域反射仪（OTDR）是一种用于测量光纤的长度、损耗和连接质量的重要仪器。
它利用光脉冲的散射、衰减和反射来确定光纤中的事件和信号强度。
下面将介绍OTDR的基本原理、使用步骤和注意事项。
一、OTDR的基本原理OTDR利用脉冲光源向被测光纤发送光脉冲，通过探测器接收返回的散射光和反射光。
根据光脉冲返回的时间和强度信息，可以判断光纤中的事件、各个连接点的损耗和信号强度。
OTDR测量的基本原理包括：1.时间域反射：利用探测器记录返回时延，可以判断出光纤长度和事件发生位置。
2.功率域反射：利用探测器记录返回的光信号强度，可以判断光纤的衰减和连接质量。
二、OTDR的使用步骤OTDR使用步骤如下：1.准备工作：a.检查光纤连接，确保光纤连接的稳定性和正确性。
b.预热光纤，确保光纤处于稳定状态。
2.设置参数：a.设置测量参数，如波长、脉冲宽度、增益等。
b.根据需要设置事件和连接损耗门限。
3.发送光脉冲：a.选择合适的测试光纤段，保证光脉冲可以完整传输和返回。
b.发送光脉冲，记录返回的散射光和反射光。
4.分析和显示结果：a.通过OTDR软件或显示屏幕，查看散射光和反射光的时间、强度等信息。
b.根据测量结果判断光纤中的事件、损耗和连接质量。
5.数据处理：a.对测量结果进行数据处理和分析。
b.可以根据需要保存测量数据或导出报告。
三、OTDR的注意事项在使用OTDR时，需要注意以下事项：1.光纤连接的稳定性：确保被测光纤的连接稳定，避免光信号丢失或干扰。
2.光纤预热：确保光纤处于稳定状态，避免测量结果受到温度变化的影响。
3.正确设置参数：根据被测光纤的特性和需求，选择合适的测量参数，如波长、脉冲宽度、增益等。
4.合理选择测试光纤段：根据需要测量的区域和精度要求，选择合适长度的测试光纤段。
5.注意事件和损耗门限：根据实际情况设置合适的事件和连接损耗门限，以便正确判断事件和连接状态。
6.数据处理和分析：对测量结果进行合理的处理和分析，可以根据需要保存和导出数据报告。
OTDR的工作原理
OTDR的工作原理一、引言光时域反射仪（OTDR）是一种用于光纤测试和故障定位的重要仪器。
它通过发送和接收脉冲光信号来测量光纤中的反射和散射信号，从而实现对光纤的质量和性能进行评估。
本文将详细介绍OTDR的工作原理，包括OTDR的基本构成、工作原理和数据解析。
二、OTDR的基本构成OTDR主要由脉冲光源、光纤耦合器、光纤传输线、探测器和信号处理器等组成。
1. 脉冲光源：脉冲光源是OTDR的核心部件，它产生高能量、短脉冲宽度的光信号。
常用的脉冲光源有激光器和发光二极管（LED）。
2. 光纤耦合器：光纤耦合器用于将脉冲光源产生的光信号耦合到被测光纤中。
3. 光纤传输线：光纤传输线是被测光纤，它是OTDR测量的对象。
光纤传输线中的光信号会发生反射和散射，这些信号将被OTDR接收和处理。
4. 探测器：探测器用于接收光纤传输线中的反射和散射信号，并将其转换为电信号。
5. 信号处理器：信号处理器对接收到的电信号进行放大、滤波和数字化处理，然后将处理后的数据传输给显示器进行显示和分析。
三、OTDR的工作原理OTDR的工作原理基于时域反射技术，通过测量光脉冲在光纤中传播的时间和强度变化来分析光纤中的事件和损耗。
1. 发送脉冲光信号：OTDR通过脉冲光源产生高能量、短脉冲宽度的光信号，并将其通过光纤耦合器耦合到被测光纤中。
2. 接收反射和散射信号：光信号在光纤中传播时会遇到不同的事件和损耗，如连接点、弯曲、断裂、衰减等。
这些事件和损耗会导致光信号发生反射和散射，部份信号会返回到OTDR中的探测器。
3. 信号转换和处理：探测器接收到返回的反射和散射信号后，将其转换为电信号，并传输给信号处理器。
信号处理器对接收到的电信号进行放大、滤波和数字化处理。
4. 数据解析和显示：处理后的数据被传输到显示器上进行解析和显示。
OTDR 会根据信号的时间和强度变化绘制出光纤的反射和散射曲线。
通过分析曲线上的特征和变化，可以确定光纤中的事件和损耗位置。
如何用光时域反射计(OTDR)进行正确的光纤测试
如何用光时域反射计（OTDR）进行正确的光纤测试用OTDR进行测试维护工作，首先应该对OTDR本身的各项参数进行正确的设置；其次是对OTDR各项技术指标的正确理解；第三个需要注意的是不同需求和不同测试环境对测试仪器指标的要求以及测试的方法；最后是对测量曲线的正确解读。
在进行正式的介绍之前，首先介绍几个关键的概念：菲涅尔反射，瑞利散射，背向散射法，OTDR的工作原理。
瑞利散射：光纤在加热制造过程中，热骚动使原子产生压缩性的不均匀，造成材料密度不均匀，进一步造成折射率的不均匀。
这种不均匀在冷却过程中固定下来，引起光的散射，称为瑞利散射，是光纤本身固有的。
菲涅尔反射：菲涅尔反射就是大家平常所理解的光反射。
该现象通常在不连续界面处发生（例如连接器、适配器等），是气隙、未对准、折射率不匹配等原因导致的结果。
需要注意的是能够产生后向瑞利散射的点遍布整段光纤，是一个连续的，而菲涅尔反射是离散的反射，它由光纤的个别点产生，能够产生反射的点大体包括光纤连接器（玻璃与空气的间隙）、阻断光纤的平滑镜截面、光纤的终点等。
背向散射法：背向散射法是将大功率的窄脉冲光注入待测光纤，然后在同一端，检测沿光纤轴向向后返回的散射光功率。
由于光纤材料密度不均匀，其本身的缺陷和掺杂成分不均匀，引起光纤中小的折射率的变化，当光脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射。
这种散射向四面八方，其中总有一部分会进入光纤的数值孔径角，沿光纤轴反向传输到输入端。
瑞利散射光的波长与入射光的波长相同，其光功率与散射点的入射光功率成正比。
测量沿光纤轴向返回的背向瑞利散射光功率可获得沿光纤传输损耗的信息，从而测得光纤的衰减。
OTDR的工作原理：OTDR 类似一个光雷达。
它先对光纤发出一个测试激光脉冲，然后观察从光纤上各点返回（包括瑞利散射和菲涅尔反射）的激光的功率大小情况，这个过程重复的进行，然后将这些结果根据需要进行平均，并以轨迹图的形式显示出来，这个轨迹图就描述了整段光纤的情况。
uwb高精度定位系统原理
uwb高精度定位系统原理
UWB是Ultra-Wideband的缩写，即超宽带，是一种短脉冲无线通
信技术。
UWB技术可以在非常宽的频带范围内传输数据，其工作频率一般在3.1-10.6 GHz的范围内。
UWB技术具有高精度定位能力，可用于
室内定位和跟踪等应用。
UWB高精度定位系统的原理是基于时域测距原理，其关键技术是射频信号的时差测量技术和多径抑制技术。
该系统通过发送短脉冲信号，并在接收端测量信号到达的时间差来实现测距。
由于发射的短脉冲信
号的带宽非常宽，可以达到几千兆赫的带宽，因此可以实现非常高的
时间分辨率，从而达到高精度定位的效果。
同时，由于UWB信号具有
穿透建筑墙壁和障碍物的能力，因此可以用于室内定位和跟踪。
UWB高精度定位系统还需要采用多径抑制技术来解决多径干扰的问题。
多径干扰是由于信号与环境中多个反射物相互作用而产生的，会
导致信号多次反射和延迟，从而影响距离测量的精度。
多径抑制技术
可以通过选择合适的发射和接收天线、加入特定的调制技术和引入合
适的符号串等方法来抑制多径干扰，从而提高定位系统的精度。
综上，UWB高精度定位系统通过时差测量的原理、宽带短脉冲信号的发射和接收、多径抑制技术等关键技术实现高精度的室内定位和跟踪。
该技术具有应用范围广、精度高等优点，在商业、工业、安防等
领域具有广泛的应用前景。
超宽带(UWB)测距(TWR)原理
超宽带（UWB）测距（TWR）原理1UWB超宽带概念UWB是一种无线载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，工作频段在GHZ~6.75GHZ，频宽典型值为500MHZ或者1GHZ，所以可以获取亚纳米的精确时间（1ns约等于30cm）。
UWB信号的时域波形如图1-1所示。
不同于传统的无线射频信号有固定频率的载波（如蓝牙2.4G），UWB在不发送数据时是完全静态的，要发送数据时才发送宽度很窄（如1ns）的脉冲信号。
该窄脉冲在频域上很宽，所以叫超宽带。
因为UWB时域信号脉冲较窄，所以在时间、空间上有较大分辨力，比较容易抵抗室内信号传输常见的多径效应（信号因为反射造成的多路径传播）的影响，因此测距和定位精度较高。
图 1‐1 超宽带时域和幅关系图 1‐2 超宽带频域和功率关系2UWB测距原理UWB测距主要采用双向测距(Two-way Ranging)方法，以下所有的方法都包括两个节点：设备A和设备B，默认设备A是测距的发起者，设备B是响应者；双向测距主要分为以下两种方法：1.单边双向测距(Single-sided Two-way Ranging)2.双边双向测距(Double-sided Two-way Ranging)3.使用4消息方式（4 messages）4.使用3消息方式（3 messages）3单边双向测距(Single-sided Two-way Ranging)单边双向测距(Single-sided Two-way Ranging)，单侧双向测距（SS-TWR）是对单个往返消息时间上的简单测量，设备A主动发送数据到设备B，设备B返回数据响应设备A。
图 2‐2 单边双向测距测距流程：设备A（Device A）主动发送（TX）数据，同时记录发送时间戳，设备B（Device B）接收到之后记录接收时间戳；延时Treply之后，设备B发送数据，同时记录发送时间戳，设备A接收数据，同时记录接收时间戳。
OTDR的工作原理
OTDR的工作原理引言概述：光时域反射仪（OTDR）是一种用于光纤的测试和故障定位的仪器，它通过发送和接收光脉冲来测量光纤中的反射和散射信号。
本文将详细介绍OTDR的工作原理。
一、OTDR的基本原理1.1 光脉冲的生成OTDR通过激光二极管产生光脉冲，激光二极管的特点是输出功率高、光束质量好、稳定性高。
激光二极管发出的光脉冲经过调制和放大后，形成一个窄脉冲。
1.2 光脉冲的传输光脉冲通过光纤传输，光纤是一种细长的玻璃纤维，具有高折射率和低损耗的特点。
光脉冲在光纤中传播时会发生反射、散射和衰减。
1.3 光脉冲的接收和处理光脉冲到达光纤的另一端后，通过光电探测器将光信号转化为电信号。
接收到的电信号经过放大、滤波和数字化处理，最终显示在OTDR的屏幕上。
二、OTDR的测量原理2.1 反射测量OTDR通过测量光纤上的反射信号来确定光纤的连接状态和衰减情况。
当光脉冲到达光纤的连接点或断点时，一部分光信号会反射回来，OTDR通过测量反射信号的强度和时间来计算反射点的位置和反射损耗。
2.2 散射测量OTDR通过测量光纤上的散射信号来确定光纤的长度和损耗情况。
光脉冲在光纤中传播时会发生散射，散射信号的强度和时间与光纤的长度和损耗相关。
OTDR 通过测量散射信号的强度和时间来计算散射点的位置和散射损耗。
2.3 反射和散射的分辨率OTDR的测量分辨率取决于光脉冲的宽度和OTDR的采样速率。
较窄的光脉冲和较高的采样速率可以提高测量的分辨率，使得可以检测到更小的反射和散射点。
三、OTDR的应用范围3.1 光纤网络的建设和维护OTDR可以用于光纤网络的建设和维护，通过测量光纤的衰减和损耗情况，可以确定光纤的质量和性能，及时发现和修复故障。
3.2 光纤通信线路的监测OTDR可以用于光纤通信线路的监测，及时发现光纤中的故障和损耗，保证通信的稳定性和可靠性。
3.3 光纤传感器的测试OTDR可以用于光纤传感器的测试，通过测量光纤的反射和散射信号，可以确定传感器的位置和性能。
光纤延迟线量程的检测方法
光纤延迟线量程的检测方法光纤延迟线是一种用于测量光信号传播时间的装置。
在光纤通信系统中，光信号在传输过程中会受到光纤材料本身和连接器等组件的影响，从而导致信号的延迟。
因此，准确测量光纤延迟线的量程十分重要。
下文将介绍几种常用的光纤延迟线量程检测方法。
一、时域法时域法是最常用的光纤延迟线量程检测方法，它通过测量光信号在光纤中传播的时间来确定延迟线的延迟值。
具体步骤如下：1.使用光纤延迟线连接测试设备和被测设备。
2.发送一个脉冲光信号到光纤延迟线。
3.在测试设备上观察接收到的光信号，并记录时间。
4.通过计算光信号在光纤中传播的时间，即可得到延迟线的延迟值。
二、频域法频域法是一种基于频率特性的光纤延迟线量程检测方法。
该方法利用光纤延迟线对不同频率光信号的传输特性进行测量和分析，来确定延迟线的延迟值。
具体步骤如下：1.发送一系列频率不同的光信号到光纤延迟线。
2.在测试设备上观察接收到的光信号，并记录频率和相位信息。
3.通过分析接收到的频率和相位信息，可以得到延迟线的延迟值。
三、相位比较法相位比较法是一种基于相位测量的光纤延迟线量程检测方法。
该方法通过将光纤延迟线与一个已知延迟的参考器件（如光分路器）进行相位比较来确定延迟线的延迟值。
具体步骤如下：1.将光纤延迟线和参考器件同时连接到一个相位比较设备上。
2.发送一个脉冲光信号到光纤延迟线和参考器件中。
3.在相位比较设备上观察比较结果，并记录相位差值。
4.通过计算相位差值，即可得到延迟线的延迟值。
总结：以上介绍了几种常用的光纤延迟线量程检测方法，其中时域法是最常用的方法，它简单、直接且准确。
而频域法和相位比较法则更适用于特定场景下的测量需求。
在实际应用中，可以根据具体需要选择合适的测量方法，并结合相关设备和技术来进行光纤延迟线的量程测量。
实验7 时域天线的设计及测试
实验7 时域天线设计与实验测试一 实验目的1 了解描述时域天线的主要参数及应用现状;2 掌握时域天线的设计方法；3 掌握时域主要参数的实验测试方法，熟练使用测试仪器。
二 实验原理2.1 时域天线概述时域天线(Time-domain Antenna)是超宽带天线中的一各分支。
狭义的时域天线是指辐射冲激信号的超宽带天线，因此又称脉冲天线或瞬态天线(Transient antenna)[1]。
它是伴随上世纪八十年代，基于冲激信号的无线通信技术快速发展的背景下出现的一个天线分支领域。
一方面，时域天线既然是超宽带天线的一个分支，因而基于频域概念的超宽带天线的应用基础理论研究结果和工程设计方法对时域天线仍然有很好的借鉴价值；另一方面，时域天线辐射的是ns 、亚ns 量级的冲激信号，这些信号的频谱覆盖了从101 MHz-101 GHz 的很宽频带，具有比通常意义超宽带天线更高的相对带宽；再一方面，时域天线服务于无线时域通信，旨在利用电磁波的时间资源，因而描述时域天线性能参数也与基于频域概念的超宽带天线有所不同。
因此，时域天线的理论分析与工程设计方法既与频域超宽带天线有相通之处，也有自身的特殊要求。
概括起来，在进行时域天线分析与设计时，应注意其以下特征[2]：其一，宽带特征。
即要求时域天线阻抗、方向图、辐射效率、有效长度、极化特征都具有宽带一致性，这使得时域天线设计时，往往需要对这些参数进行折中设计，甚至与时域天线相关的馈电、接收电路也必须具有宽带特征；其二，高波形保真性。
时域天线辐射或接收冲激信号的拖尾信号幅度、持续时间都必须得到严格控制，同时要求不同角方向的冲激信号具有较高的波形保真系数，以便接收系统的相关接收并避免影响接收系统对目标反射信号的有效识别；其三，一体化设计特征。
与基于频域无源天线设计不同，时域天线设计往往需要将信号源、馈电和接收电路作一体化设计，因此必须考虑天线与信号源和接收系统的宽带匹配与电磁隔离等复杂问题。
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第13卷 第6期强激光与粒子束V o l.13,N o.6 2001年11月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S N ov.,2001 文章编号: 100124322(2001)0620739205超宽带散射信号的时域测量及处理①王运飞1,2, 王经瑾1, 刘国治2(1.清华大学粒子技术与辐射成像国家专业实验室,北京100084; 2.西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘 要: 叙述了在超宽带电磁脉冲照射下良导电散射体散射信号的时域测量技术及数据处理方法。
描述了产生散射信号的物理过程,散射信号的时域测量步骤、提取方法以及散射体冲激响应的计算方法。
通过对铝金属球体散射信号的测量及处理,说明了上述测量技术和数据处理方法是有效的,基本满足逆散射成像的要求。
关键词: 超宽带信号; 良导电散射体; 散射信号; 测量; 数据处理 中图分类号: TM935.4; TN959.1 文献标识码: A 近年来,人们在目标的微波成像技术研究方面做了大量的工作。
根据被探测目标的散射中心模型理论[1,2]以及使用逆合成孔径雷达(ISA R)技术[3],人们可以获得较为满意的重建图像,如M ich igan州立大学电子工程系的Ro thw ell等人采用频率扩展、对接以及外插等技术在频域中成功地获取了0～18GH z范围内的超宽带散射信号,并以此为基础实现了若干飞机缩比模型的成像[4]。
1995年,J. Ro thw ell等人从Bo jarsk i逆散射恒等式出发,推导出了时域逆散射成像公式[5],为在时域中直接利用超宽带散射信号的时域测量数据进行目标图像的实时重建提供了重要的理论基础。
要实现目标图像的重建,首先必须对该目标的散射信号进行精确地时域测量,以便通过这些散射数据得到目标在有限个方向上的响应函数。
但由于受到测量环境的影响以及测量系统的限制,在时域中完全不失真地测量超宽带散射信号非常困难。
在超宽带电磁脉冲的激励下,一般来说,测量目标产生的散射信号可以被看成是由两部分组成的:(1)目标的镜面反射信号;(2)目标的自然频率谐振信号。
这两部分信号对于目标成像(利用时域Bo jarsk i逆散射恒等式)而言都是必需的。
过去由于受到脉冲激励源和时域取样技术的限制,测量散射体的宽带散射信号只能在频域中采用相干的步进频率法进行。
最近十年来,随着超宽带脉冲功率技术、超宽带天线技术和数据采集技术的发展,超宽带散射信号的时域测量已逐渐成为现实,如在美国的海军研究生院瞬态电磁场散射实验室,已经实现了频谱在1～20GH z范围的时域散射脉冲(双Gau ss型入射脉冲)测量,为被测目标的时域逆散射成像提供了良好的基础。
本文利用西北核技术研所研制成功的高功率超宽带脉冲源和超宽带天线研究了缩小空间比例的简单金属目标的超宽带散射信号的时域测量和数据处理方法,建立了相应的测量系统,并对金属球体散射信号进行了实际的时域测量,继而实现了球体外形成像,结果表明该测量系统和数据处理方法对于频谱上限在1GH z以下的超宽带散射信号的获取是有效的、可行的。
1 测量系统 本测量系统是为金属目标厚度成像而设计的,如图1所示。
图中,脉冲源是超宽带脉冲信号发生器,它可以产生亚纳秒级类高斯型电脉冲(底宽为800p s左右),可重复运行[6];接收天线和发射天线是一对可互易的“柳叶形”阻抗渐变T E M喇叭,该天线有以下特点[8]:阻抗从508以指数渐变的形式过渡到3778,天线末端采用感性加载,天线馈点采用“点接触”连接方式,能有效抑制高频激励造成的反射。
这一对天线的口面中心相距40c m;被测目标放在由低密度泡沫聚苯乙烯材料制成的底座上,距地面2m (与所用的一对天线共面且与地面平行);测量场地可以在暗室中,也可以户外,视被测目标几何尺寸的①收稿日期:2001206211; 修订日期:2001208227基金项目:国家863激光技术领域资助课题(863241027)作者简介:王运飞(19632),男,博士生;西安69226信箱。
大小而定;数据采集系统主要由高采样率瞬态数字示波器组成。
通过GP I B 接口将数字示波器采集到的数据传送至计算机中待处理。
F ig .1 Scattering m easurem ent system schem e图1 测量系统布局示意图 由接收天线接收到的信号实际上是一个受到畸变和干扰影响的信号,我们的目的就是要从上述测量到的实际信号中提取出被测散射体的散射信号,进而求出它的冲激响应(在若干个方位角上),为被测散射体的图像(外观形状)重建提供必要的时域数据。
2 测量技术与方法 在进行散射信号测量时存在的畸变和干扰包括:(1)非被测目标的散射信号(杂波);(2)非发射源产生的电磁背景;(3)发射与接收天线之间的直接耦合;(4)测量目标与环境的相互电磁作用;(5)由测量系统中各环节的信号传递函数(天线、传输电缆、示波器、功率分配器、电磁波传播路径)引起的信号畸变;(6)电子学噪声。
我们可以用图2所示的数学模型来描述测量信号的形成过程(在微波暗室中,可以忽略非发射源产生的电磁背景引起的干扰)。
图中所示各参数的意义分别为:p (t ),脉冲源的时域输出波形;h T (t ):发射天线(包括连接到脉冲源的低损耗同轴传输线)的冲激响应;h R (t ),接收天线(包括连接到示波器的低损耗同轴电缆)的冲激响应;h A (t ),发射天线与接收天线之间的直接耦合;h C (t ),杂波响应;h S (t ),散射体产生的散射响应;h SC (t ),散射体与暗室中其他物体之间的相互电磁作用产生的效应;N (t ),测量设备中的电子学噪声;R (t ),记录到的散射电压波形。
F ig .2 M odel of m easurem ent fo r scattering field图2 测量散射信号的数学模型 测到的信号可由下式表示R (t )=p (t )3h T (t )3h R (t )3[h A (t )+h C (t )+h S (t )+h SC (t )]+N (t )(1)式中的“3”表示卷积。
从上式可以看出:为了从测到的信号R (t )中提取出散射体的冲激响应h S (t ),必须扣除h A (t ),h C (t )和h SC (t )的影响,尤其是要进行天线(包括连接电缆)响应的标定(主轴方向)。
为此,我们设计的测量方法和步骤如下: (a )测量不存在被测散射体时的本底信号R b (t ),如下式所示047强激光与粒子束第13卷R b (t )=p (t )3h T (t )3h R (t )3[h A (t )+h C (t )]+N b (t )(2) (b )保持测量装置中各设备的位置不变,放入被测散射体,测量到的信号R t +b (t )如下式所示R t +b (t )=p (t )3h T (t )3h R (t )3[h A (t )+h C (t )+h S (t )+h SC (t )]+N t +b (t )(3) (c )撤去被测散射体,将接收天线如图3放置以进行测试系统响应的标定测量。
发射天线和接收天线的主轴重合,口面之间的距离为3m ,测量到的信号如下式所示R TR (t )=p (t )3h T (t )3h R (t +t r )3[1+h C,TR (t )]+N TR (t )(4)式中:t r =r c ,r 是发射天线和接收天线之间的距离,c 为电磁波在真空中的传播速度。
h C,TR (t )是天线标定测量时的杂波响应;(1),(2),(3),(4)式中的N b (t ),N t +b (t ),N TR (t )分别是进行响应测量时的电子学噪声。
F ig .3 Schem e of m easurem ent system fo r calibrati on图3 测量系统的标定示意图3 数据处理方法 为了得到散射体的冲激响应,必须从测量信号中扣除本底(包括杂波、天线间的直接耦合、支架的散射等)和散射体与环境之间的多次散射以及测量系统的冲激响应带来的信号畸变。
具体数据处理方法如下:从(3)式中减去(2)式得到扣除本底后的被测散射体的散射信号,如下式R t (t )=p (t )3h T (t )3h R (t )3[h S (t )+h SC (t )]+N t (t )(5)式中N t (t )=N t +b (t )-N b (t )(6) 在吸波效果较好的微波暗室中,被测散射体与环境之间的多次散射(相互作用)h SC (t )可以忽略;若测量信号的信噪比足够大(如大于20dB )或重复测量次数足够多(如256次),则噪声N t (t )也可以忽略。
这样,(5)式就可以写成R t (t )=p (t )3h T (t )3h R (t )3h S (t )(7)再由(4)式经过逆卷积求测量系统(包括信号传输电缆、天线、电磁波在空间的传播路径和示波器)的冲激响应:h T (t )3h R (t );在良好的微波暗室中,可以忽略h C,TR (t )的影响;噪声的处理方法同上。
以求出的结果代入(7)式就可以得到所求的被测散射体的冲激响应h S (t ),如下式h S (t )=F -1R t (Ξ)P (Ξ)H T (Ξ)H R (Ξ)(8)式中:P (Ξ),H T (Ξ),H R (Ξ),R t (Ξ)分别是p (t ),h T (t ),h R (t ),R t (t )的Fou rier 变换,符号“F -1”表示Fou rier 逆变换。
当不能忽略散射体与环境之间的相互作用(如微波暗室的吸波性能不理想或在户外时地面的散射较大)以及环境的散射杂波时,需利用时间窗技术进行处理。
因为散射体与环境之间相互作用的影响h SC (t )在时间上总是落后于被测散射体的散射信号h S (t ),因此可以通过适当的时间窗将其排除。
假设某一时间窗函数w 1(t )能完全排除h SC (t )并对h S (t )没有影响(进行散射测量时),以及w 2(t )能消除h C,TR (t )的影响(进行系统响应标定测量时),则(5)式和(4)式可分别写为R t w (t )=R t (t )w 1(t )=p (t )3h T (t )3h R (t )3h S (t )(9)147第6期王运飞等:超宽带散射信号的时域测量及处理R TR w (t )=R TR (t )w 2(t )=p (t )3h T (t )3h R (t )(10)经过与前述类似的处理,就可以求出被测散射体的冲激响应h S (t )。