现代时域测量第二章

fuping第二章脉冲波形参数脉冲标准脉冲波形参数估计fuping脉冲标准——基本脉冲术语IEC469-1——时域脉冲技术中通用的基本术语及定义IEC469-2——时域脉冲测量技术和过程中的术语及定义适用于各种脉冲定义及方法理想脉冲、基带和毫米波脉冲、任何不完善的脉冲波形……各种测量方法和波形评定方法fuping脉冲标准——基本脉冲术语一般术语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。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。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波形：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。波形存在时间：波形数据已知或可知的一段时间特征：波形的某一特定部分或波形中的某一特定现象脉冲功率：由脉冲传送或转换的功率。一般指平均功率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底顶前过渡后过渡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——单脉冲术语单脉冲术语底、顶、前过渡、后过渡、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Af90%10%50%bcTtrtfτAwe顶底dfuping脉冲标准——基本脉冲术语dS%100AddSbS%100AbbSfS%100AffScS%100AccSeS%100AeeSWS%100AAWWS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rtftS%100TS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脉冲测量术语脉冲测量:确定脉冲特性及参数值的过程脉冲测量方法：确定脉冲特性及参数值的方法，含义广测量的环境条件：温度、湿度、振动、电网和电磁环境等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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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脉冲波形的形式图示形式：供观察和分析用的表示波形的图表、曲线或显示方程形式：一个或多个解析式，假设、理想、参考波形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——脉冲测量与分析波形存在时间的扩展与压缩扩展：时间扩展波形缩小观察整体用于确定量值或时间参考线压缩：时间压缩波形放大观察细节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压缩fuping脉冲标准——脉冲测量与分析参考脉冲波形——用于比较和评定其他脉冲波形定义的参考脉冲波形——理想的导出的参考脉冲波形——从测得的脉冲波形中导出的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脉冲测量过程脉冲——脉冲波形转换采集、存储脉冲波形分析处理、分析fuping脉冲标准——脉冲测量与分析底量值、顶量值测定方法密度分布平均数法密度分布众数法峰值法——适于窄脉冲fuping脉冲标准——脉冲测量与分析确定脉冲幅度的方法定义法积分法——适于分析与参考脉冲波形形状近似的波形dttedttetrtrrtutuu2121)()(dttedttetrtrrtutuu212212)()(eu(t)er(t)tu1tu2tr1tr2fuping脉冲波形参数估计问题的提出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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？当给定脉冲的过渡持续时间时，如何确定不失真传输脉冲的系统带宽，或相反问题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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）RC电路响应脉冲参数估计高斯系统参数估计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()()ette2(t)=h(t)ttTD()Fj1201RCe(ω)冲激响应频率响应fupingRC电路响应脉冲参数估计阶跃响应冲激响应频率响应()(1)()tRCkteut()()tRChtet112()()/()(1)HjEjEjjRCfupingRC电路响应脉冲参数估计过渡持续时间（10%~90%）TD()(1)()tRCkteut2.22.2DTRC90%10%90%10%10.9ln0.12.310.1ln0.90.1tRCtRCetRCRCetRCRCfupingRC电路响应脉冲参数估计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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%的过渡持续时间相同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与带宽的关系：对RC电路ω0为半功率点处的角频率，即3dB带宽0002.22.20.352.22DTff011RCfupingRC电路响应脉冲参数估计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00.35DTffuping高斯系统参数估计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，高斯函数具有一些人们期望的数学特性，对估计信号参数有用高斯函数：12k22(,)kxkgkxe220(,)21kxkgkxdxedxxg(k,x)kfuping高斯系统参数估计误差函数2002()2(1,)xxerfxgded22()2(1,)xxcerfxgded互补误差函数()1()cerfxerfxfuping高斯系统参数估计高斯系统脉冲响应高斯系统阶跃响应22()ktkhte22()()ttkkfthdedth(t)kf(t)t归一化0.5()0()0.5[1()]0cerfkttfkterfktt可查表fuping高斯系统参数估计高斯系统过渡持续时间（10%~90%）0.5cerf(kt2)=0.10.5[1+erf(kt1)]=0.91()0.8erfktkt1=-kt2查表得：kt1=0.906TD=2t1=1.812/kkt1.0f(kt)0kt10.90.1kt2fuping高斯系统参数估计0()0.5hktk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()khkt0-kt0h(kt)fuping高斯系统参数估计高斯系统时域与频域关系（过渡持续时间与带宽关系）00.34DfT224()kHje半功率点处：f0=0.1874k时域、频域函数形式相同2()0.5Hj22()ktkhteTD=2t1=1.812/kfuping高斯系统参数估计高斯系统的级联22332()ktkete脉冲响应：e2(t)=h1(t)*h2(t)脉冲响应仍为高斯函数2234212[()]()()kFetHjHje222312111kkkh1(t)h2(t)e1(t)e2(t)fuping高斯系统参数估计222312111kkk22312DDDTTT2221/212()DDDDnTTTTn级高斯系统方和根准则（RSS准则）222312DDDTTT221233121.8121.812DkkTkkkfuping高斯系统参数估计修正测试系统的影响221/2()FFSSTTTTF：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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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工程上：当A＞B，1＜A/B＜10时——误差为10%当A＞＞B，10＜A/B时——误差为1%因此：TF＞TS，约3倍时，误差为10%TF＞＞TS，约10倍时，误差为1%fuping非高斯系统参数估计为更准确分析非高斯系统的过渡持续时间，可用数字反卷积方法fuping非高斯系统参数估计为更准确分析非高斯系统的过渡持续时间，可用数字反卷积方法fuping非高斯系统参数估计RSS法反卷积法模型法圆弧型110.598.598.8过冲型86.898.798.8误差±12%±0.3%fuping脉冲频谱幅度脉冲频谱强度频谱强度频谱密度电压频谱脉冲强度干扰强度S(f)=2|v(f)|