具体描述
《现代脉冲计量》系统地讲述了脉冲信号和宽带系统的计量测试基本原理和方法，特别是对人们关注的脉冲计量测试的新理论、新方法也进行了较为详细的介绍。全书共分9章。主要介绍脉冲信号与宽带系统的描述及测量模型、脉冲参数的估计、测量误差与测量不确定度、脉冲信号发生器与脉冲电压表的计量、通用示波器的计量、示波器校准仪的计量、时域反射与传输测量技术、Nose-to-Nose校准技术和时域自动网络分析系统。
《现代脉冲计量》理论和实践并重，在强调基本概念、基本知识和基本方法的同时，注重实用性、通俗性和可读性。全书以测量模型为研究问题的切入点，以测量结果(即测量系统的响应)为主线，主张计量测试是对被测对象(信号与系统)的一种操作、一种反问题的求解、一种信息获取方式，并关注新理论和新技术的应用。
《现代脉冲计量》既可作为高等院校通信、电子、自动化、科学仪器和机电一体化等相关专业的教学和参考用书，又可作为计量测试人员的培训教材，还可供相关专业的工程技术人员参考阅读。
现代脉冲计量：未曾触及的领域 概述 本书《现代脉冲计量》聚焦于一个特定的、前沿的物理与工程领域，深入剖析了高精度时间测量、脉冲信号分析及其在现代科学研究与工业应用中的核心技术。本书旨在为读者构建一个全面、系统的知识框架，涵盖从基础理论推导到复杂系统实现的多个层面，强调实验验证与实际工程应用的结合。 第一部分：脉冲信号基础与理论建模 本书的开篇建立在对脉冲现象的深刻理解之上。我们首先从经典电磁理论出发，回顾了信号在传输线、波导结构中的传播特性，重点阐述了非线性介质和高频效应如何影响脉冲的畸变与失真。 1.1 脉冲的数学描述与统计特性 详细探讨了不同类型的脉冲波形，如高斯脉冲、指数衰减脉冲和方波脉冲的精确数学模型。书中花费大量篇幅讨论了脉冲的瞬时参数（上升沿、下降沿、过冲、平顶时间）的定义与测量方法。特别引入了随机过程理论，用于描述实际测量中不可避免的噪声对脉冲形状的影响，包括白噪声、粉红噪声在时域和频域的特性对脉冲识别精度的制约。 1.2 时间间隔测量的高精度理论 脉冲计量的核心在于时间测量。本书超越了传统的基于晶振的计时方法，深入探讨了原子钟与光频梳（Optical Frequency Comb）在超高精度时间间隔测量中的应用原理。详细推导了光频梳作为“分子标尺”如何将射频信号的精确度提升至光频量级，并分析了多普勒效应、引力红移等相对论效应在长基线时间同步中的修正方法。 1.3 脉冲整形与去卷积技术 在信号采集前端，脉冲往往受到仪器带宽限制而展宽。本书系统介绍了滤波器设计理论，特别是Butterworth、Chebyshev和Elliptic滤波器在脉冲保持与整形中的应用。更进一步，我们探讨了逆滤波、Wiener滤波等先进的信号恢复技术，旨在从失真信号中反演出原始脉冲的真实特征，这对于诸如超宽带雷达（UWB）的精确测距至关重要。 第二部分：先进的脉冲采集与处理系统 本部分侧重于硬件实现和数据采集策略，这是实现高精度计量的物质基础。 2.1 瞬态数字化技术 传统ADC（模数转换器）在捕获皮秒级脉冲时存在明显的瓶颈。本书详细比较了采样保持电路（Sample-and-Hold）、闪式ADC（Flash ADC）以及革命性的时间交错（Time-Interleaving）技术。特别关注了异步采样技术，如何通过调整采样时钟的相位漂移来提高有效采样率，以捕捉快速变化的脉冲前沿。此外，还探讨了新型电阻式随机存储器（RRAM）或忆阻器阵列作为脉冲形状记忆单元的潜力。 2.2 低抖动时钟源的设计与实现 时钟抖动（Jitter）是脉冲计量中最致命的误差源之一。我们从PLL（锁相环）和DLL（延迟锁定环）的相位噪声模型入手，分析了不同类型的抖动（确定性抖动D-Jitter和随机抖动R-Jitter）。书中提供了多级反馈抑制抖动的电路设计实例，包括基于分数N分频技术的超低相位噪声频率合成器设计，以及如何通过数字信号处理（DSP）技术对捕获数据进行后处理以消除残余抖动。 2.3 基于FPGA的高速数据处理架构 现代脉冲计量系统需要实时处理Tbps级别的数据流。本书详细介绍了基于FPGA的硬件加速架构。内容包括同步采集模块的FIFO设计、多通道数据对齐算法，以及如何利用FPGA内部的DSP核进行实时的傅里叶变换（FFT）和脉冲参数提取。针对特定应用，如激光测距中的“时间到数字转换器”（TDC）IP核的定制化设计，提供了详尽的Verilog HDL代码示例与仿真验证流程。 第三部分：脉冲计量的应用前沿 本章将理论和技术转化为实际的工程应用，展示脉冲计量在多个高科技领域的关键作用。 3.1 超宽带通信与定位系统 脉冲信号是UWB通信的核心载体。本书分析了脉冲在复杂室内环境中的多径效应，并介绍了基于时间反转技术（Time Reversal）的脉冲恢复算法，以提高通信的抗干扰能力。在定位方面，重点讨论了基于飞行时间（Time-of-Flight, ToF）和到达时间差（Time Difference of Arrival, TDoA）的超高精度定位系统，包括如何利用差分相位测量来突破传统ToF的精度限制。 3.2 科学研究中的超快现象观测 在凝聚态物理、生物医学成像等领域，需要对飞秒乃至阿秒尺度的瞬态现象进行记录。本书介绍了泵浦-探测（Pump-Probe）实验的光学延迟线设计，以及如何利用电光采样器（Electro-Optic Sampling）技术来测量半导体器件内部载流子的瞬态行为。对于阿秒脉冲的测量，深入探讨了高次谐波产生（HHG）的理论基础以及基于强场物理的瞬态吸收光谱学（TAES）的应用。 3.3 工业无损检测与远程传感 在工业领域，脉冲计量技术广泛应用于金属疲劳检测和地下结构成像。书中分析了脉冲回波法（Pulse-Echo Method）在材料缺陷定位中的局限性，并介绍了时域反射仪（TDR）在高阻抗电缆故障诊断中的优化方法。特别关注了先进的脉冲相干层析成像（Optical Coherence Tomography, OCT）技术，如何通过分析后向散射脉冲的相位信息，实现对生物组织或复合材料的亚微米级三维成像。 结论与展望 本书最后总结了当前脉冲计量领域面临的挑战，如环境温度漂移对高精度系统的影响、数据存储带宽的瓶颈等，并展望了量子传感器、拓扑绝缘体材料在下一代超快时间测量设备中的潜在应用前景。全书的论述严谨，逻辑清晰，力求使读者不仅掌握现有的计量标准，更能理解和参与到未来计量技术的创新浪潮中。
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目录信息
前言第0章 绪论 0.1 测量与计量 0.2 脉冲计量的内容与特色 参考文献第1章 脉冲信号与宽带系统的描述及测量模型 1.1 信号的一般描述方法 1.1.1 信息与信号 1.1.2 信号的基本描述方法 1.2 脉冲信号与脉冲波形参数 1.2.1 脉冲信号 1.2.2 脉冲波形参数定义 1.2.3 脉冲波形的顶值和底值确定方法 1.3 脉冲信号的频域描述 1.3.1 周期脉冲信号的频谱 1.3.2 单脉冲信号的频谱 1.4 几种典型信号及其频谱 1.4.1 单位冲激脉冲信号 1.4.2 单边指数信号 1.4.3 单位阶跃信号 1.4.4 单个矩形脉冲信号 1.4.5 高斯脉冲信号 1.4.6 斜坡信号 1.4.7 周期矩形脉冲信号 1.5 单脉冲信号的函数描述法 1.5.1 单脉冲信号的函数描述 1.5.2 函数描述法的要点 1.6 线性时不变系统的描述方法 1.6.1 线性时不变系统 1.6.2 冲激响应 1.6.3 阶跃响应 1.6.4 系统函数 1.7 脉冲信号与宽带系统的测量模型及条件 1.7.1 脉冲信号的测量模型 1.7.2 宽带系统的测量模型 1.7.3 测量条件 参考文献第2章 脉冲参数的估计第3章 测量误差与测量不确定度第4章 脉冲信号发生器与脉冲电压表的计量第5章 通用示波器的计量第6章 示波器校准仪的计量第7章 时域反射与传输测量技术第8章 Nose-to-Nose校准技术第9章 时域自动网络分析系统
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