2.1信号处理

信号处理是本系统中关键部分之一,主要完成输入信号的失真预处理和超声载波的振幅调制。信号处理部分的基本理论是。Berktay远场解决方案。

2.1.1失真预处理

失真预处理的目的是增强信号的强度,减少失真,增强低频等。1965年,Berktay使用调制中包络的概念为参量阵提出了一个更精确完整的解释,认为最终的解调信号将由这个包络决定,即参量阵解调后的信号P2(t)与包络E(t)平方对时间的两次微分成正比。根据Berktay远场解决方案,现有的预处理方法主要有三种:

第一种也是最初的预处理方法,假设包络为E(t)=1+mg(t),其中m为调制因数,g(t)为音频信号。则有:

根据式(1)可以看到:在非线性作用下,信号的自解调能够将正比于包络信号E(t)的调制信号Ps(t)解调出来;但自解调过程中会伴随二次谐波失真信号Pd(t)的产生。

细观式(1)可得,失真信号Pd(t)与m2成正比,即减小m就可以减少失真,但解调出来的信号Ps(t)也随之减小,导致转换效率降低。因此就有了第二种预处理方法,对包络先积分两次,然后再开方,即:

很显然,单边带预处理方法对应产生纯音频信号时没有失真,即没有其他频率成分产生。

2.1.2载波调制

载波调制的作用是将预处理过的信号与超声载波信号进行振幅调制,生成超声载波调制信号。载波调制可分为双边带(DoubleSideband,DSB)调制和单边带(SingleSideband,SSB)调制等。在DSB调制中,输出信号的频谱由位于载频左右两侧的上下边带组成,而且信号的上、下边带携带的调制信号信息完全一样;SSB调制就是选择DSB调制中一个边带进行传输,从而节省一半的发射功率。假设载波频率为85kHz,音频信号频率为5kHz,则DSB和SSB调制示意图如图3所示。

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