回波測量

概念簡介

回波，是指通過不同於正常路徑的其他途徑而到達給定點上的信號。回波產生是由於信號經反射物反射後，被反射物吸收一部回波產生是由於信號經反射物反射後分能量，產生了具有衰減延遲的原信號，疊加上原信號形成。

回波測量即通過搭載在相應平台（如雷達）上的探測器測量回波信號，從而得到所需的各項物理信息。

超音波檢測技術具有適中的分辨力和較低的成本優勢，使之成為工業檢測中套用較多的一種檢測方法。由於超聲檢測過程中的回波信號同時包含回波信號和各種噪聲信號，而且，微小回波信號微弱，易於被噪聲淹沒，因此，必須設法從嘈雜的波形中判斷出回波之所在。

目前，大部分的分析技術都是基於傅立葉變換，因而，無法將信號的時域特徵和頻域特徵有機地結合起來；而且，傅立葉譜僅能反映信號的統計特性，不具備局部化分析信號的功能。在水中選用的超音波探頭比空氣中的探頭具有更高的工作頻率，因此，具有更高的分辨力，可以用於範圍在幾十毫米內距離變化的測量。

假設空間信道為C(w)，發射信號為Stran(n)，當發射天線發射的信號經過耦合迴路信道被接收天線接收，因此回波信號Secho(n)實際上是由發射信號經空間信道產生。Secho(n)=Stran(n)×C(w)

其中發射信號已知，故而只要能估計出空間信道狀況，就可以準確地知道耦合的多徑回波有幾路，延遲分別為多少，各路回波的幅度等信息。

測量回波的方法分為2個部分：信道估計和自適應跟蹤。其中信道估計利用了偽碼良好的自相關和弱互相關的特性，發射偽碼經過信道被接收和本地碼字做相關運算從而可以得出信道的衝擊回響；自適應跟蹤是在估計出的信道衝擊回響的基礎上，精細的跟蹤信道的變化，從而使得估計出的信道去逼近真實的空間多徑信道。

信道估計利用了偽隨機序列，它是用確定性方法產生的序列，但卻近似具有隨機產生序列所希望獲得的某些隨機特性。在現代衛星導航系統和擴頻系統中，抗干擾、抗截獲、信息數據隱蔽與保密、抗多徑干擾及抗衰弱、實現同步和捕獲等都與擴頻碼的設計密切相關。偽隨機序列具有如下的期望特性：

1）非常尖銳的自相關特性；

2）極低的互相關特性；

3）不同碼元的平衡特性；

4）同樣長度下足夠多的碼。

信道估計算法採用插入偽碼的方法，設計1個本地的CAZAC碼，該碼具有較強的自相關特性，啟動時，將CAZAC序列發射，這樣可以利用CAZAC碼的特性進行無線信道估計。該訓練序列與其他信號不相關，因此可以採用相關的方法較精確的獲取回波信道的狀態回響。

自適應跟蹤採用LMS算法，LMS算法是1種套用非常廣泛的隨機梯度算法。

算法的初始值W₀(n)為信道估計的信道特性C(w)。參考信號從數字域引回本次傳輸的信號。最終自適應系統收斂在最優解上，使估計出來的信道逼近空間信道。

由雷達氣象方程可知, 引起反射率因子誤差主要由雷達本身的參數(如發射功率、波束寬度、天線增益、系統損耗等)、氣象因子(如折射指數、衰減係數、充塞係數等)、雷達距目標物的距離等誤差引起, 這些因子通過相互影響共同制約著回波強度的誤差。