《光电信号处理》PPT课件

《《光电信号处理》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章光电信号处理4.1光辐射探测过程的噪声4.2光电探测器的偏置电路4.3光电探测器的放大电路4.4微弱信号检测4.5锁定放大器4.6取样积分器4.7光子计数器1.低噪声电子设计的适用范围前述降低噪声方法使用的前提是要求在电信号处理的输入端有足够大的信噪比，处理的结果是使信噪比不至于变坏。如果在信号处理系统的输入端，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，仅用低噪声电子设计的方法就不行了。必须根据信号和噪声的不同特点，采用相应的方法将信号与噪声分离。2.微弱信号检测的途径根据噪声的特性和不同信号的特点，微弱信

2、号检测的途径一般有三条：●一是降低传感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；●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。这三者缺一不可。4.4.1信噪比改善（SNIR）在介绍微弱信号检测的一般方法之前，先介绍信噪比改善（SNIR）的定义：●信噪比改善（SNIR）是衡量弱检仪器的一项重要性能指标。●信噪比改善的定义为●从数学表达式看，SNIR似乎是噪声系数NF的倒数，但实质上两者是有差别的。●噪声系数是对窄带噪声而言的，并且得到结论NF≥1。这个结论的产生是由于假设了输入噪声

3、的带宽小于或等于放大系统的带宽；●实际上输入噪声的带宽要大于放大系统的带宽，因而噪声系数NF便有可能要小于1，同时又考虑到实际的情况，因此而给出信噪比改善的概念。信噪比改善（SNIR）＝Eni是位于信号源处放大系统的等效输入噪声，假定Eni是白噪声，其功率谱密度为常数：Δfin为输入噪声的带宽。白噪声SNIR表示式：那么为放大系统的增益。得：是放大系统对信号的功率增益，我们可以取中频区最大值，即所以：而即系统的等效噪声带宽。故可得：放大系统的信噪比改善等于输入噪声的带宽Bi与系统的等效噪声带宽Bn之比。●因此，减小系统的等效噪声带宽，

4、可以提高信噪比改善。例：有一个信号掩埋在噪声中，若输入信噪比：那么只要检测放大系统的等效噪声带宽做得很小，使Bn<

5、系统最大输出信噪比条件：匹配滤波器系统最大输出信噪比条件：满足上式的信号处理系统称为匹配滤波器。特点如下：1）匹配滤波器的幅频特性与信号的幅度频谱成正比例。2）在每一信号频率上，匹配滤波器的相位与信号的相位符号相反，使得信号的能量被完全吸收。3）匹配滤波器引入了一个与频率成线性关系的相位变化，它代表着一个恒定的延时td。4）匹配滤波器的脉冲响应为输入信号在时间轴上相对于某时刻td的反转。可以采用互相关的方法实现。4.4.3窄带滤波法原理：●利用信号的功率谱密度较窄而噪声的功率谱相对很宽的特点；●用一个窄的带通滤波器，将有用信号的功率提

6、取出来。●由于窄带通滤波器只让噪声功率的很小一部分通过，而滤掉了大部分的噪声功率，所以输出信噪比能得到很大的提高。对一个白噪声来说，当其通过一个电压传输系数为Kv，带宽为B=f2-f1的系统后，则输出噪声为：由上式可以看出：●噪声输出总功率与系统的带宽成正比。●因而可以通过减小系统带宽来减小输出的白噪声功率。例如：1/f噪声通过与上相同的系统之后，其输出噪声功率为：由上式可见，仍然可以通过减小通频带B来减小输出端的1/f噪声功率。如图有限正弦信号及白噪声的功率谱密度曲线使用了窄带通滤波器后窄带通滤波器在上述（白噪声）条件下的信噪比改善

7、为输出端信号功率Ps0：输出端噪声功率Pn0:∴即：也就是：Bf和Bn的关系，有点差别但不大。Bn为窄带通滤波器的等效噪声带宽，Bi为输入噪声的带宽，即使是白噪声，它也有一个带宽，实际上并不是到无穷大。窄带通滤波器的实现方式：常见的有双T选频，LC调谐，晶体窄带滤波器等。双T选频可以做到相对带宽等于千分之几左右。晶体窄带滤波器可以做到等于万分之几左右。但即使是这样，这些滤波器的带宽还嫌太宽，因为这种方法不能检测深埋在噪声中的信号，通常它只用在对噪声特性要求不很高的场合。更好的方法是用锁定放大器和取样积分器，这在后面再作理论。4.4.4

8、双路消噪法原理：利用两个通道对输入信号进行不同的处理，然后设法消去共同的噪声，最后得到有用的信号。特点：这种方法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。双路消噪法的原理框图这个方法能够检测输入信噪比小于1/