盘点那些年搞不明白的水声设备参数之——脉宽，带宽傻傻分不清楚！
无论是测深仪还是侧扫声呐或是浅地层剖面仪，这三种水声设备作为海洋勘察和测绘的“三剑客”，在设备技术参数中经常能看到脉宽和带宽这两概念，很多学测绘的筒子们对这二位兄弟傻傻分不清楚。今天我们就来盘一盘“脉宽”和“带宽”这两个参数究竟是个啥玩意儿！
脉宽和带宽是来自通信与信号处理领域的概念，都是用来描述信号的。所以说全称，这二位兄弟是叫“信号脉宽”和“信号带宽”，知道了他们的祖籍和大名是不是依然一头雾水？那就对了，好戏还在后面，咱们接着刨根问底，奔着祖坟刨起来！
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先说说“脉宽”这大兄弟，他学名叫“脉冲宽度”，英文名叫“ impul width”。他的定义是指脉冲信号的脉冲宽度，看定义说了跟没说一样，还不如他的别名让人看着好理解一些。他有个别名叫“工作周期（Duty Cycle）”，说到周期大家应该有点儿概念了，毕竟想当年都是学过三角函数的数学大神，所谓的周期不就是一段时间么。那就对了，把脉宽和时间联系起来，说明咱们的路子就没跑偏。其实在不同的领域，脉冲宽度的的确有着不同的含义，但是在电子和咱水声设备相关领域，脉冲宽度就是信号脉冲能量所能达到最大值持续的周期。2015年2月28日
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知道了脉宽就是声学信号持续的时间周期，那在水声设备中这个技术指标究竟有啥具体的影响和作用呢？某厂家标称自己的多波束脉冲宽度老宽了，那宽度能宽到宇宙的尽头，他又能怎么样呢？先忘记那些复杂的水声设备，把自己想象成一台测深仪，你的嘴就是发射换能器。有一天，你带着你岳父去爬山，岳父对着远处的山谷嗷唠一嗓子足足喊了1秒钟，然后若干秒之后就听到了回声。你也不甘示弱，同样嗷嗷的喊了一嗓子，发声持续了5秒钟，不一会儿，回声从更遥远的山脉传回来了。在上面的场景中，岳父脉宽可以看做是等于1秒，你的发声脉宽等于5秒。你的脉宽比你岳父脉宽在数值上宽了很多，从你的脉宽可以从更远的山脉弹回来可以说明脉宽越宽，探测距离越长，威力越大！你的声音不但有从远处山峰回来的回声还有从近处山峰回来的，但是近处的回声往往被你远处的回声所掩盖了。因此，你岳父的脉宽更容易把近处山峰的目标回声区别开来。我们可以这样理解一下脉宽，在水声设备中脉冲宽度越宽，探测距离越远，但是距离分辨率越差，脉冲宽度越窄，距离分辨率越高，但探测距离越近。
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couture上面这个矛盾广泛存在于水声设备中，就好比浅地层剖面仪，但凡穿透深度大的，分辨率都不高，而分辨率高的，穿透地层深度就浅了很多。侧扫声呐中也有类似的矛盾，那就是侧扫声呐扫测范围越大，图像分辨率就会越低，而高分辨率图像的侧扫声呐，扫测范围往
往就很小。既然如此，大家不妨设想一下，有没有啥好办法，既可以实现探测距离远，又可以实现距离分辨率高呢？别说还真有，但那方面内容涉及到信号波形的脉冲压缩与占空比，还会引出来Chirp和CW等水声设备的技术参数，咱们以后再专门讲讲那些年把你们搞的神魂颠倒的波形。
接下来咱们再讲讲另外一个叫“带宽”的大兄弟。就算你没听说过“带宽”但也一定听说过“宽带”。没错，就是你家里上网要用到的“宽带”。没经历过拨号上网的青年们，不知道装“宽带”之前的上网是有多慢和多卡。因此，大家应该对带宽有个感觉，那就是带宽跟信息传输速度和容量有关，带宽越宽，网速就越快。
虽然在生活中我们就听说过“带宽”这个概念，但它确实是一个很容易让人混淆的概念，尤其是跟他有关系的“频宽”，“频带”等概念也是经常被提及，叫人傻傻分不清楚。但区别“带宽”与“脉宽”最容易的办法是看“单位”。上面已经了解了“脉宽”是个描述时间的量，它的单位是秒（s）。而“带宽”的单位是赫兹（Hz）,因此它是一个描述频率的量。但从类别上讲，在电子学和通信学中，“带宽”这个概念还是有很大区别的，也有人用数字信号和模拟信号中的“带宽”来描述不同领域这个概念的差异。就像我们家里上网“宽带”的“带宽”，经常被描
述成一个传输速率的概念，单位往往是GB/s,而不是频率的单位Hz 。这里面大家也不用太深度追究“带宽”的基本概念，只要记住它在通信学里是有速率这个概念的就行。而我们关注的水声设备里“带宽”的概念，跟家里复杂数字通信的“带宽”还真不是一个概念。咱们这里常用的带宽，英文名Bandwidth,在概念是就是指设备可以保持正常工作的一个稳定频率范围。
“带宽”和“脉宽”的数学关系就是时间T和频率Hz的反比例关系，针对同一个信号系统，信号脉宽越大，带宽就会越小。值得一提的是了解信号带宽的老铁们可能常常听到过-3dB带宽这个概念。简单说来，-3dB带宽指幅值等于信号频谱中最大值的二分之根号二倍时对应的频带宽度，在对数坐标中-3dB的位置，也就是半功率点了，对应的带宽就是功率在减少到其一半以前的频带宽度，表示在该带宽内集中了一半的功率。
下面我们进入实战环节，就拿最简单的单波束测深仪为例，看看“脉宽”和“带宽”在水声设备中的物理意义。
下图是美国经典的单波束测深仪制造商Teledyne ODOM的最新产品ECHOTRAC E20 Singlebeam Echosounder福州培训
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北京教育培训这款E20测深仪主要由水声换能器（湿端），甲板处理单元（干端）和数字显示单元（电脑）三部分组成。甲板单元采用和RESON 多波束甲板单元一样的“三防”设计方案 ，分为单通道和双通道以及加强双通道三个版本，分别可以配置成为单频测深仪，双频测深仪和深水双频三种类型，适用于不同水深的作业环境。儿童节 英文
从产品手册中可以看出来E20测深仪可以接收10-250KHz这么宽频的声学信号，这意味着从10KHz的低频声学换能器到250KHz的高频换能器，都可以接入E20的甲板单元工作，这也正是为了达到同一甲板单元接不同频率换能器对不同水深环境进行测量的目的作出的全新产品设计。言归正传，下面还是仔细研究一下这款测深仪关于“脉宽”和“带宽”的参数。很显然跟脉冲有关的参数有2个：Pul type和Pul length，分别是脉冲类型和脉冲长度，这个脉冲长度就是“脉宽”。而“带宽”这个参数英文参数写的更直接，就是Bandwidth，表格中对应参数的值写成了Max. 45kHz，意思就是发射信号的最大带宽是45kHz。可能有的小伙伴这时候就会有一个疑问，明明最开始Operating frequency写的10-250KHz这样一个宽带的声学频率，但凡有小学毕业证的人都能算出来这个最大带宽应该有240KHz才对。这不是跟Max. 45kHz差了好几倍么，到底是怎么回事？其实这里涉及到两个不同的概念，简而言之就是水声换能器固有的声学频率和测量时测深仪发射的“脉冲频率”完全是独立的两码事，今天我们谈到“带宽”和“脉宽”都是信号脉冲的概念，与换能器声学频率是没有关系的。
