微弱信号检测ppt课件.ppt

第15章微弱信号检测12315.1 概述n微弱信号是相对背景噪声而言，其信号幅度的绝对值很小、信噪比很低（SNR Rsn(t)=Rns(t)=0n时R()0=Rnn(t)0n因此对于足够大的：Rxx()=Rss()000待测信号的待测信号的自相关函数自相关函数18（2）互相关检测）互相关检测ny(t)：已知参考信号；与待测信号相关、与噪声无相关 n互相关输出：19（2）互相关检测）互相关检测ny(t)与噪声无相关 Rny()=0n因此对于足够大的：Rxy()=Rsy()n实际应用中因T有限，输出仍有噪声020利用输入信号（含待测信息和噪声）及其自身经时延后信号的相关性进行检测的方法为 填空1 检测；利用输入信号（含待测信息和噪声）与参考信号相关性进行检测的方法为 填空2 检测。作答正常使用填空题需3.0以上版本雨课堂填空题2分21输出噪声的进一步处理n选频放大：n理论基础：信号窄频带；噪声宽频带n实施：放大（通过）某一段频率或单一频率的信号，抑制（阻隔）其他频率的信号n目的：通带宽度内信号强度高于噪声强度n常用放大器：LC谐振、RC带通滤波n可检测下限：受噪声水平限制n不足：仅考虑了频率，没有利用相位22相干检测相干检测 n理论基础：噪声与信号同频同相的概率同步脉冲n倍频电路-脉冲频率加倍（适应高次谐波）n相移电路-360范围内调整脉冲相位n方波驱动-脉冲转换为方波27锁相放大器n相关器：完成被测信号与参考方波互相关的函数运算n乘法器（相敏检波器）+积分器（低通滤波器）n相敏检波：待测信号、参考信号-差频分量+倍频分量n积分器：滤除倍频分量28锁相放大器n特点n极高放大倍数（1011），能检测极微弱信号n交流输入、直流输出n满刻度灵敏度极高n极低信噪比（噪声数千倍与信号）仍可检测n不足n只适用于单频、窄带微弱信号n不能检测重复信号2915.3.2同步积累法同步积累法n基于信号的稳定性和噪声的随机性n当信号多次重复时，具有周期性的重复，噪声不具有这个特性n每个周期的信号受到的干扰不同，在接收端就会收到不同畸变的信号n对畸变信号进行多次对照就可识别出信号的原形。n信号重复的次数越多，接收机输出的信号就越接近原始信号，信噪比越高，即系统抑制噪声的能力越强 30同步积累器的工作原理n设信号是一串周期窄脉冲，检测时可把信号通路接到一个分配器上，分配器的每一个输出都接到一个积累器，工作时信号通路被分配器轮流地接到不同的积累器上n假设分配器的工作周期和信号的重复周期相同，并设分配器从一个出路到另一个出路的切换时间可以忽略，则分配器的工作周期被分割成若干个时间区间（取决于积累器的个数），在每次信号到来的那个时间区间都能保证通路恰好接到同一个积累器上，所以这种方法称为同步积累同步积累n只要重复的次数足够多，基于同步积累法就可以把噪声中的微弱信号提取出来，而且重复的次数越多，提取微弱信号的能力越强 31同步积分器 n同步积分器是采用对信号和噪声多次累积平均的方法来实现将已知频率的信号从噪声中提取出来的，同步积分器特别适用于对方波信号的提取。信号只有两个状态，因此只需要两个同步积累器，同步积累器是采用积分器来完成对信号的积累的，故称为同步积分器。n原理：n输出电压是输入电流被R、C1和R、C2交替积分的结果n白噪声频率、相位随机，无法和开关同步，因此噪声在电容的充电大部分被抵消n只要其干扰频率不在同步积分频率范围内，即可被过滤掉32取样积分器取样积分器 n取样积分器利用了对信号逐点多次采样、积分求平均值的方法。n用一个采样时间极短的采样保持器去周期地采集信号，如果采样周期和信号周期相同，则采集点相对波形的位置将不变。n如果被测信号是无噪声的、稳定的周期信号，则每次采样的数值是不变的，它的积分平均值就等于该信号此刻的瞬时值；n存在随机噪声：各次采样的数值均可能偏离有用信号的瞬时值；n但如果采样保持器的电容足够大，对采集到的输入电压有积分作用，则噪声的影响会减弱，采集次数越多，噪声的平均值就越小，当次数足够大时，可以认为噪声取样趋于0，但稳定的有用信号不受积分平均的影响。33数字多点平均器数字多点平均器 n取样积分器不足：每一周期只采某一时刻。n使用取样间隔控制器对取样位置进行控制，使 N（如1024）个开关顺序打开，分别对信号波形上的 N个点进行顺序取样，并把取样结果分别存入到N个电容器中进行积累，待积累完成后再依次顺序输出每一个电容上的电压，从而恢复信号波形。这种多点信号平均方法可以在一个信号波形上每扫描一次就采样N个点，大大减少了信号测量的时间。34 数字多点平均处理原理35数字多点平均器的适用条件数字多点平均器的适用条件n信号必须是周期性重复信号，但其周期重复次数不一定要求是无限的n同步信号必须准确可靠地与测试信号同频、同相，由同步信号倍频后得到的取样时钟信号能可靠地、等间隔地启动各周期内的i次取样，而且能够保证m次扫描中取样间隔均相同，各取样点在信号周期内的相对位置不变n各个周期内的取样点数i及扫描次数m必须足够大n硬件检测电路必须有足够的取样速率，且取样时钟产生及控制电路应有较大的灵活性，以便在测试过程中不断调整取样间隔和扫描次数。36为什么说减小带宽可以提高信噪比？作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂主观题10分37作业nP343：15.1、15.3、15.538