时域平均简介

时域平均是从噪声干扰的信号中提取周期性信号的过程，也称相干检波。对机械信号以一定的周期为间隔去截取信号。，然后将截取的信号叠加后平均，这样可以消除信号中的非周期分量及随机干扰，保留确定的周期成分。例如，以某齿轮的旋转周期为时间间隔对信号进行截取，进行时域平均，可以排除齿轮的旋转频率及其倍频以外的干扰，突出齿轮缺陷产生的周期分量，提高信噪比。

在时域中从混有噪声干扰的信号中提取周期分量的过程，也称作相干滤波。

时域反射测量是光纤损耗分布及损毁点定位的主要技术，它根据背向散射/反射光测定光纤的损耗特性，界定诸如弯曲、断点等损毁事件的类型和位置.随着光纤通信支线网络和光纤承载射频通信的发展，高密度事件分布的局域网需要更高精度的测量.目前，光时域反射仪(optical time-domainreflectometer, OTDR)儿乎均采用单脉冲[‘]一匕行时间法的测量原理，通过测量光脉冲从发射到接收这段时间间I}iu来确定测量距离.引入超短光脉冲及其他光学技术fzN}]可以提高空间分辨率和信噪比.然而，脉冲式OTDR有个固有缺陷:测量精度与测量距离存在原理上的矛盾，必须折中考虑.而且，如果不采用昂贵复杂的超短光脉冲激光器，依靠现有的调制技术，其分辨率多在数十米，盲区则更宽.相关法OTDR}5}6]利用伪随机光脉冲序列代替单脉冲，通过参考信号与探测信号的相关运算进行测量.该方法可通过增加码民的方式，增大探测光能量，进I}TI提高测量距离，解决测量精度与测量距离的矛盾.但是，其测量精度受限于伪随机调制的电子带宽瓶颈，无法突破传统单脉冲OTDR的精度.

研究己表明，半导体激光器在受到光反馈或光注入时可持续地产生混沌振荡.输出的混沌激光波形随机起伏，其相关曲线具有细锐的b函数形状.利用混沌激光波形的相关特性，Lin等f7,81提出混沌激光雷达的概念并进行实验验证.我们通过实验发现半导体激光器的非线性混沌振荡的带宽可达到15 GHz以上f}l因此本文将混沌激光引入光时域反射测量领域，提出混沌激光相关法光时域反射技术，采用光纤}}腔反馈半导体激光器产生宽带、低相关噪声的混沌激光信号，实现与测量距离无关的高精度测量.初步实验获得了6 cm的反射事件分辨率。

利用光纤环形腔构成民腔反馈，使半导体激光器产生宽带、相关曲线噪声低的混沌激光作为探测光，进行了反射事件测量及其空间分辨率的实验验证，获得了与反射事件距离无关的、约6 cm的空间分辨率.实验分析预测，对0.2dB/km的单模光纤该技术的测量范围可达到25 km.与伪随机信号相关法OTDR相比，混沌激光相关法OTDR具有以下优点:利用数GHz带宽的混沌激光作为探测信号，突破电子瓶颈，空间分辨率更高;探测信号的产生源于激光器内部动态特性而非外部调制，因此结构简单，无需伪随机码发生器和调制器，并且混沌激光的序列民度不受限制.综上，混沌激光相关法OTDR具有很大的应用潜能，特别是对于事件分布较集中的局域网.

早在20世纪60年代就产生了时域反射（TDR）技术。该技术包括产生沿传输线传播的时间阶跃电压。用示波器检测来自阻抗的反射，测量输入电压与反射电压比，从而计算不连续的阻抗。

20世纪70年代了解到作为频率函数的网络反射系数的傅里叶变换就是作为时间函数的反射系数。可用网络分析仪在频域测量的数据计算和显示网络作为时间函数的网络阶跃和激冲响应。使在反射和传输中传统TDR能力增加了在频带有限网络进行测量的潜力。

在反射模式中网络分析仪测量作为频率函数的反射系数。可把该反射系数看成是入射电压和反射电压的传递函数。反变换将反射系数转换为时间函数（激冲响应）。可用该反射系数与输入阶跃或脉冲的卷积计算阶跃和激冲响应。在传输模式中。网络分析仪测量作为频率函数的二端口器件的传递函数。反变换将该传递函数转换为二端口器件的激冲响应。用该激冲响应与输入阶跃或脉冲的卷积计算阶跃和激冲响应。

本书分为上下册，除引言外共三部分19章，分别讨论了时域积分方程(IETD)、时域有限差分(FDTD)和时域有限元(FETD)三种方法。对于IETD，首先导出势函数表述的电场磁场积分方程，经过试验过程和展开过程导出离散形式，再利用时间导数的差分近似获得时域步进公式，分析讨论了细导线、二维导体柱和三维导体的散射。对于FDTD，基于Yee元胞和中心差分近似直接将Maxwell旋度方程离散导出时域步进公式，讨论吸收边界、完全匹配层、总场边界和近场－远场外推公式, 并用于散射计算；此外，还讨论了共形网格技术和色散介质的处理方法。对于FETD，从TM/TE标量波动方程或电场矢量波动方程及边界条件出发, 应用Galerkin加权余量导出弱解积分形式；随后经过单元离散和结点或棱边基函数展开, 导出单元矩阵方程，再运用组合获得时域矩阵微分方程，将时间导数应用 Newmark方法离散后给出时域步进公式，讨论了激励源加入、总场边界和近场－远场外推公式并用于散射计算。三种方法都配有算例，附录中给出一维计算程序。上册和下册书末分别附有FDTD和FETD的电磁波近场分布彩图。

本书可作为无线电物理、电磁场与微波技术、电子科学与技术、电波传播等专业研究生的教材或教学参考书，也可供有关学科教师、科技工作者、研究生和高年级大学生阅读参考。