《zm微弱信号检测》PPT课件

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1、4.3.0概述4.3.1信噪比改善（SNIR）4.3.2相关检测原理4.3.3锁定放大器4.3.4取样积分器4.3微弱信号检测14.3.0概述2一.微弱信号检测定义前面我们讨论了噪声的基本概念，以及降低噪声的一些基本方法，如采用低噪声放大器不会对被探测的辐射信号产生噪声“污染”；但如果光辐射信号非常微弱或者背景噪声或干扰的影响很大，造成通过光电检测放大电路后进入信号处理系统输入端的信噪比已很糟糕，甚至信号深埋于噪声之中，这时要想将信号检测出来，必须根据信号和噪声的不同特点，借助一些特殊的微弱信号检测

2、方法将信号与噪声分离，将信号从噪声中提取出来。3微弱信号检测定义：利用电子学、信息论和物理学的方法，分析噪声产生的规律找到抑制的方法；研究被测信号的特点和相干性，检测被背景噪声淹没的弱信号。微弱信号检测是测量技术中的尖端和综合领域，可划归“低噪声电子学”。4二.微弱信号检测的途径根据不同信号的特点，微弱信号检测的途径一般有三条：一是降低探测器与放大器的固有噪声，尽量提高其信噪比；二是研制适合弱检原理并能满足特殊需要的器件，例如，超导红外探测器；三是研究并采用各种弱信号检测技术，通过各种手段提取信号。

3、这三者缺一不可。51．时域相关与频域的窄带化技术利用时域中周期信号的相关性，而噪声的随机、不相关性（或弱相关性），通过求取信号的自相关函数或互相关函数，在强噪声背景下提取周期信号的“相关检测”。这相当于在频率中窄带化滤除干扰和噪声。例如锁定放大器。2．平均积累处理对于一些宽带周期信号应用上述方法处理效果不佳，一种根据时域特征用取样平均来改善信噪比并能恢复波形的取样积分器可获得良好探测效果。其基本原理是对于任何重复的（周期性）信号波形，每周期如在固定的取样间隔内取样m次积累则信噪比改善。因为“信号电压

4、幅值为线性迭加”（有规律的周期信号）而“噪声功率为平方相加”（无规律的随机信号）。三.各种弱信号检测技术63．离散量的统计计数技术用PMT（宽带低噪声前放、甄别器和计数器等电路完成）实现光子计算。4．单次信息的并行检测技术对于那些只有一次事件的信息记录，如对一个非周期信号的检测，可采用并行检测技术。实现并行检测需要一个探测阵列，其中每个探测器必须有存贮的功能，且可以依次将存贮的信息读出，再进行信号处理，一般采用多路传输和多道技术。典型例子：光学多通道分析器（OMA－OpticalMultichann

5、elAnalyzer）。75．自适应噪声抵消法（双路消噪法）如输入信号中混有干扰或噪声时，可以另外找到一个通道，它含有与信号通道中同样的干扰和噪声，然后两通道相减而将干扰或噪声抵消使信噪比提高。此法特别适合在信号频带范围内存在强干扰的情况下抑制干扰。低噪声放大器窄带通滤波器+低噪声放大器带阻滤波器(f0)比较器计数正弦波加噪声(f0)－噪声双路消噪原理框图只能用来检测微弱的正弦波信号是否存在，并不能复现波形。8可供选用的弱检仪器，目前有如下几种：低噪声前放；各种锁定放大器（L/A）；各种取样积分

6、器（Boxcar）；多点信号平均器；光子计数器；光多通道分析仪（OMA）四.常用弱检仪器94.3.1信噪比改善（SNIR）10定义：设系统的功率增益为A2（f），且f=f0时A2（f）取得最大值A2（f0），那么，系统的等效噪声带宽为一、有关带宽的一些定义是矩形面积1.等效噪声带宽11定义：设放大器的电压放大倍数为A（f），当f=f0时A（f）取得最大值A（f0）。当f=fH时，A（fH）=0.7A（f0）；当f=fL时，A（fL）=0.7A（f0）；那么，放大器的通频带为2.放大器的通频带0.7B

7、W=fH-fL（常称为3dB带宽，或半功率之间的频率间隔）12设输入端的噪声功率谱密度为Si（f），那么，输出端的噪声功率谱密度S0（f）就是3.噪声通过放大器的情况因此，若作用于输入端的是均匀功率谱密度为Si（f）的白噪声通过如图（a）所示的功率传输系数为A2（f）的线性网络后，输出端的噪声功率谱密度就不再是均匀的了，如图（b）所示。即是说，白噪声通过有频率选择性的线性放大器（或线性网络）后，输出的噪声就不是白噪声了。13根据噪声功率谱的含义，那么放大器（或线性网络）输出端的噪声电压均方值为：如果

8、输入端是热噪声，即则通常已知对白噪声，可方便计算输出端噪声电压的均方值。14对于同一个系统来说，可分别根据定义求出其等效噪声带宽和3dB带宽，这两者之间是存在着一定的关系的，对于不同的系统，关系不一样。4.等效噪声带宽与系统的3dB带宽的关系例：RC低通滤波网络++--RCviv0RC低通网络随着级数的增加，Δfn和Δf的比值越来越接近于1。时间常数相同的两级RC网络15信噪比改善（SNIR－SignalNoiseImprovementRatio）是衡量弱检仪器的一项