弱信号检测资料整理.docx
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1、一、理论1、定义微弱信号检测就是利用信号和噪声的某种差异区分信号和噪声,把淹没在噪声中的信号提取出来。(微弱信号检测的目的就是在强背景噪声中提取出有用信号。)微弱信号检测(WeakSignalDetection)技术主要是提高信号的信噪比,从噪声中检测出有用的微弱信号。提高检测系统输出信号的信噪比,是微弱信号检测技术的主要研究目标。一般采用信噪改善比SNIR(signalnoiseimprovementratio),判定一种微弱信号检测方法的优劣。SNIR值越大,表明抑制噪声的能力越强。信噪比改善(SNIR):输出信噪比(SN)out与输入信噪比(SN)in之比。SNIR =(S信噪比,即SN
2、R(SignaltoNOiSeRaIiO),又称为讯噪比。狭义来讲是指放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比,常常用分贝数表示,设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说,信噪比越大,说明混在信号里的噪声越小,声音回放的音质量越高。通过计算公式我们发现,信噪比不是一个固定的数值,它应该随着输入信号的变化而变化,如果噪声固定的话,显然输入信号的幅度越高信噪比就越高。显然,这种变化着的参数是不能用来作为一个衡量标准的,要想让它成为一种衡量标准,就必须使它成为一个定值。于是,作为器材设备的一个参数,信噪比被定义为了“在设备最大不失真输出功率下信号与噪声的比率,这样,所有设备的信噪比指标的
3、测量方式就被统一起来,大家可以在同一种测量条件下进行比较了。信噪比通常不是直接进行测量的,而是通过测量噪声信号的幅度换算出来的,通常的方法是:给放大器一个标准信号,通常是0.775VrmS或2Vp-plkHz,调整放大器的放大倍数使其达到最大不失真输出功率或幅度(失真的范围由厂家决定,通常是10%,也有1%),记下此时放大器的输出幅Vs,然后撤除输入信号,测量此时出现在输出端的噪声电压,记为Vn,再根据SNR=20LG(Vn/Vs)就可以计算出信噪比了。PS和Pn分别是信号和噪声的有效功率,根据SNR=IOLG(PsZPn)也可以计算出信号比。在C点测量输入信号的(SN)in(C点电压/不加信
4、号源的C点电压),在E点测量输出信号的(SN)oul(E点电压/不加信号源的E点电压)。二、微弱信号检测方法建议重点学习现代模拟电路实验(唐鸿宾,P150);微弱信号检测与采集技术的研究微弱电信号检测方法回顾可参考方案1:相关检测信号与噪声有本质区别。信号是有规律的,能够重复,后续信号与早先信号是有关联的,信号可以用一个确定的时间函数来描述。噪声没有规律,是随机的,不能够重欠的,不同时刻的噪声之间(只要观察时间不太短)是没有关联的。噪声不能够用一个确定的时间函数来描述。因此,可以利用信号自身存在的规律性(相关性)来寻找信号,也可以利用一个与被测信号规律性部分相同的已知信号(二者之间也有相关性)
5、来寻找被测信号,达到去除噪声的目的,这就是相关性原理的基本点。根据相关性原理而实现对信号的检测称为相关检测,相关检测用以最大限度地压缩带宽、抑制噪声,达到检测微弱信号的目的。相关检测法是利用待测信号的幅度在不同时刻具有周期性和背景噪声的随机性特点,采用自相关和互相关计算方法消除噪声,它主要可以分为自相关检测方法和互相关检测方法两种。相关检测技术是应用信号周期性和噪声随机性的特点,通过自相关或互相关运算,达到去除噪声、检测出信号的一种技术。相关函数可用式(2-20)(2-25)计算。由于信号和噪声是相互独立的过程,根据自相关函数和互相关函数的定义,信号只与信号本身相关,与噪声不相关,而噪声之间一
6、般也是不相关的。以相敏检波器为核心部件的锁定放大器(LlA,LOCk-inAmplifier)就是这一原理的典型应用。它能够测量到输入信噪比低达IO-的微弱正弦量。1)、自相关检测实现自相关检测的原理框图如图2-1所示。图2-1向相关检测原理图若信号为一正弦函数s(t)=Vmcos(t+)可以求得输入信号x(t)的自相关函数旦(D=:嗫CoS侬+凡.(D随着时间T的增加,噪声的自相关函数Rnn(T)迅速衰减,而信号的自相关函数RSS(T)却是小衰减的周期函数,从而可检测出有用信号。2)、互相关检测如果发送信号的重复周期或频率已知,就可在接收端发出一重复周期与发送信号相同的“干净的”本地信号,将
7、本地信号与混有噪声的输入信号进行互相关。可以这样理解,互相关接收的抗干扰性能比自相关接收好。如图2-3所示是实现互相关检测的原理框图。图2-3互相关检测原理图互相关检测只有输入信号与本地参考信号的相关输出,去掉了噪声项,因此它的输出信噪比SNR高。按理说,本地参考信号s2(t)与噪声间没有依附性,互相关函数Rns2(T)应该为0。但是,必须指出,此种情况只有在计算互相关函数求平均值时间比较长的时候,Rns2()才趋近于0,才有可能得到较高的输出信号噪声比。然而,当求平均值时间比较长时,有要求sl(t)与s2(。的重复周期严格一致,否则(两信号的频率不等)RXy(T)将变成起伏信号,平均值将下降
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