超宽带脉冲信号波形失真研究

论文摘要

随着人们对信息量的需求迅猛增长,信息获取方式出现了较大变化,由原来的接触式发展到非接触式,从单纯的各种物理量等数据的采集,逐步发展到利用电磁信号实现对周围环境的感知。由于IR-UWB（Impulse Radio Ultra Wideband）信号时延窄、分辨率高的特点,基于IR-UWB的探测成像技术得到了广泛的研究,借助其传输优势,可实现探测、成像、通信一体化。同时,探测技术也从原来的目标检测发展到目标识别,即从峰值检测、目标成像发展到波形分析。针对IR-UWB信号的宽频谱特性,在波形分析的过程中必须考虑由此带来的波形失真问题。这种波形失真会严重影响到探测定位的精度和整个通信系统的性能。本文目的在于研究UWB脉冲信号在反射、透射过程中由于频率依赖性引起的波形失真,分析材料电磁特性、信号入射角、极化方式对脉冲波形失真和能量损耗的影响,从而为本地模板信号、接收机的设计和信道建模提供重要参考,最终为UWB脉冲系统的设计和性能分析提供理论基础。本文系统地介绍了UWB脉冲信号的传播机理,并在此基础上研究了脉冲波形失真的原因和表现形式;讨论了材料电参数的宽带特性,分析归纳了各种室内常见材料在超宽带范围的电参数值;利用频域方法对UWB脉冲信号在光滑表面和粗糙表面的反射进行了理论建模,仿真分析了UWB脉冲信号反射波形的变化趋势;同时,将介质板内多重反射模型引入UWB脉冲信号的透射机理中,针对介质板的特性修正了透射系数,进一步完善了透射波形的分析。最后用数值的方法对反射和透射的失真波形进行了定量描述和分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.3.1 主要工作内容
• 1.3.2 论文安排
• 第2章 超宽带脉冲信号的传播与波形失真
• 2.1 超宽带电磁场的发展
• 2.1.1 超宽带电磁探测技术的发展趋势及应用
• 2.1.2 超宽带脉冲信号的定义
• 2.1.3 超宽带电磁场的计算方法
• 2.2 电波传播机制
• 2.3 脉冲波形失真
• 2.3.1 脉冲波形失真的产生
• 2.3.2 脉冲波形失真的表现形式
• 2.3.3 脉冲波形失真的影响
• 2.3.4 脉冲波形失真研究方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 室内常见材料的电磁特性
• 3.1 描述电磁特性的主要参数
• 3.2 电磁波在介质中的传播特点
• 3.3 室内常见材料的电参数
• 3.3.1 IR-UWB频带上电参数测量现状
• 3.3.2 IR-UWB频带上室内常见材料电参数
• 3.4 本章小节
• 第4章 电磁波传播机制理论模型
• 4.1 频带剖分法
• 4.2 反射框架
• 4.3 光滑表面的反射
• 4.4 粗糙表面的反射
• 4.4.1 随机粗糙表面的统计描述
• 4.4.2 粗糙表面反射模型
• 4.5 透射
• 4.5.1 介质板内多重反射的透射系数
• 4.5.2 介质中的传播损耗
• 4.6 本章小结
• 第5章 仿真结果与分析
• 5.1 仿真参数描述
• 5.2 光滑表面反射
• 5.3 粗糙表面反射
• 5.4 透射
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 室内材料超宽带范围电参数
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢