微弱信監(jiān)測課件

1、微弱信號監(jiān)測第六章微弱信號檢測微弱信號監(jiān)測l什么是微弱信號什么是微弱信號 1. 幅度極微小的信號幅度極微小的信號 2. 被噪聲淹沒的信號被噪聲淹沒的信號 l應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 常規(guī)和傳統(tǒng)方法不能檢測到的微弱量的檢測常規(guī)和傳統(tǒng)方法不能檢測到的微弱量的檢測 (弱光、弱磁、弱聲、小位移、微流量、微振弱光、弱磁、弱聲、小位移、微流量、微振動、微溫差、微壓差、微電導(dǎo)、微電流等的測動、微溫差、微壓差、微電導(dǎo)、微電流等的測量量 )微弱信號監(jiān)測l微弱信號與噪聲微弱信號與噪聲 背景噪聲、放大器噪聲背景噪聲、放大器噪聲l檢測方法檢測方法 1. 低噪低噪/限噪放大限噪放大(包括斬波放大包括斬波放大) 2. 降噪濾波降

2、噪濾波(頻帶處理頻帶處理) 3. 相關(guān)檢測相關(guān)檢測(周期性信號周期性信號)微弱信號監(jiān)測0 概論概論l表征信號質(zhì)量的主要參量表征信號質(zhì)量的主要參量 信噪比信噪比 S/N (SNR Signal Noise Ratio) 信號有效值與噪聲有效值之比信號有效值與噪聲有效值之比(V或或P)l表征檢測方法系統(tǒng)質(zhì)量的主要參量表征檢測方法系統(tǒng)質(zhì)量的主要參量 1.信噪改善比信噪改善比 SNIR= SNRo/ SNRi (Signal Noise Improvement Ratio) 2.有效檢測分辨率有效檢測分辨率 儀器的示值可以相應(yīng)與分辨的最小輸入量的變化量儀器的示值可以相應(yīng)與分辨的最小輸入量的變化量微弱信

3、號監(jiān)測6.1常規(guī)小信號檢測方法常規(guī)小信號檢測方法 6.1.1 濾波濾波 6.1.2 調(diào)制放大與解調(diào)調(diào)制放大與解調(diào)(斬波放大斬波放大) 6.1.3 零位法零位法 6.1.4 反饋補償法反饋補償法1微弱信號監(jiān)測6.2相關(guān)檢測原理相關(guān)檢測原理自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù) 一、一、自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù) Rx(t1，t2)TTTxxdttxtxTtxtxER)()(21lin)()()()()(),(2121txtxEttRx平穩(wěn)隨機過程，其統(tǒng)計特征量與時間起點無關(guān)平穩(wěn)隨機過程，其統(tǒng)計特征量與時間起點無關(guān)5微弱信號監(jiān)測隨機噪聲及其統(tǒng)計特征隨機噪聲及其統(tǒng)計特征 6.2.5 隨機噪聲的功率譜密度函數(shù)隨機噪聲的功率譜

4、密度函數(shù) )()(21)0(2_2txExdSRPxxxdeRSjxx)()(dfefSdeSRfjxjxxx2)()(21)(xxPS0lin)(根據(jù)維納辛欽根據(jù)維納辛欽(Wiener-Khinchin)定理定理10微弱信號監(jiān)測1、振幅等于、振幅等于A的正弦信號的正弦信號 2( )cos()2XXAR10當當 xi(t)為白噪聲、且為白噪聲、且足夠大時，足夠大時， Rx()0。，)cos()(tAtx微弱信號監(jiān)測)(2)(210NdSRxxx常見隨機噪聲常見隨機噪聲2、白噪聲、白噪聲 全頻帶全頻帶(-，)上能量均等，上能量均等， 為常量。為常量。2)(0NSx)(xS20NO)(xR20NO

5、14微弱信號監(jiān)測01sin()( )( )22xxxN BBRSdB3、限帶白噪聲、限帶白噪聲 在有限頻帶在有限頻帶 ( )內(nèi)，內(nèi)， 。2)(0NSxB |20BNPx15微弱信號監(jiān)測)()(),(2121txtxEttRx_2)()()0(xtxtxERx)()(),(2121txtxEttRx 一、一、自相關(guān)函數(shù)性質(zhì)自相關(guān)函數(shù)性質(zhì) （1）Rx( )= Rx( - ) （2）=0 時時 Rx( ) 具有最大值具有最大值2)(xxR（3） 時時6微弱信號監(jiān)測 （4）如果隨機量）如果隨機量x(t)不包含周期性分量，不包含周期性分量， Rxx( )隨隨增增加從最大值減小加從最大值減小。 （5）如果

6、隨機量）如果隨機量x(t)包含周期性分量，包含周期性分量， Rx( ) 也含周也含周期性分量。期性分量。x(t) 含周期性正弦波振幅和頻率含周期性正弦波振幅和頻率, Rx( )無無相位信息相位信息7微弱信號監(jiān)測)()()(00yxxyRRRTTTxxdttxtxTtxtxER)()(21lin)()()(1.2.4 隨機噪聲的互相關(guān)與互協(xié)方差函數(shù)隨機噪聲的互相關(guān)與互協(xié)方差函數(shù) 一、互相關(guān)函數(shù)一、互相關(guān)函數(shù) (1) Rxy( ) Rxy( - ) 但但 Rxy( ) Ryx ( - ) (2) (3) Rxy( ) = xy8TTTxydttytxTtytxER)()(21lin)()()(微弱

7、信號監(jiān)測)()()(01xxxRR1.2 隨機噪聲及其統(tǒng)計特征隨機噪聲及其統(tǒng)計特征 1.2.4 隨機噪聲的互相關(guān)與互協(xié)方差函數(shù)時隨機噪聲的互相關(guān)與互協(xié)方差函數(shù)時 二、互協(xié)方差函數(shù)二、互協(xié)方差函數(shù)(t1 = t, t2 =t - ) Cxy( t1, t2)= Ex(t1)- x y(t2 )-y = Rxy( )- xy (平穩(wěn)隨機噪聲平穩(wěn)隨機噪聲) x = y =0時，時， Cxy( t1, t2)= Rxy( ) 三、歸一化相關(guān)函數(shù)三、歸一化相關(guān)函數(shù)9)()()()(002yxxyxyRRR微弱信號監(jiān)測5.2.6 相關(guān)檢測原理相關(guān)檢測原理 (1) 自相關(guān)檢測自相關(guān)檢測( ) ()() (

8、)( )( )( )( )( )fiiiixxnnxnnxREx tn tx tn tRRRR)()()(tntxtfiii)(fR)(tfi11延遲延遲LPF微弱信號監(jiān)測1.2 隨機噪聲及其統(tǒng)計特征隨機噪聲及其統(tǒng)計特征 1.2.6 相關(guān)檢測原理相關(guān)檢測原理 (1) 自相關(guān)檢測自相關(guān)檢測)()()()()()()(nxnxxnnxfRRRRRRR12xi(t)與與ni(t)相互獨立，則互不相關(guān)，因而為零。相互獨立，則互不相關(guān)，因而為零。)cos()(21nR當當 xi(t)為白噪聲、且為白噪聲、且足夠大時，足夠大時， Rnn()0。當當 ni(t)為振幅等于為振幅等于1的正弦信號，的正弦信號，

9、微弱信號監(jiān)測相關(guān)檢測原理相關(guān)檢測原理 (2) 互相關(guān)檢測互相關(guān)檢測( )()( )( )( )( )nfiiiyxynREy tx tn tRR)()()(tntxtfiii( )yfR()iy t13延遲延遲LPF( )iy txi(t)與與ni(t)相互獨立，則互不相關(guān)，因而為零。相互獨立，則互不相關(guān)，因而為零。微弱信號監(jiān)測第第1章章 微弱信號檢測與隨機噪聲微弱信號檢測與隨機噪聲1.2 隨機噪聲及其統(tǒng)計特征隨機噪聲及其統(tǒng)計特征 1.2.6 相關(guān)檢測原理相關(guān)檢測原理 (1) 自相關(guān)檢測自相關(guān)檢測)()()()()()()()()(nxxnnxiiiifRRRRtntxtntxER)()()(tntxtfiii)(fR)(tfi10延遲延遲LPF微弱信號監(jiān)測隨機噪聲及其統(tǒng)計特征隨機噪聲及其統(tǒng)計特征相關(guān)檢測原理相關(guān)檢測原理 (1) 自相關(guān)檢測自相關(guān)檢測)()()()()()()(nxnxxnnxfRRRRRRR10 xi(t)與與ni(t)相互獨立，則互不相關(guān)，因而為零。相互獨立，則互不相關(guān)，因而為零。)cos()(21nR當當 xi(t)為白噪聲、且為白噪聲、且足夠大時，足夠大時， Rx()0。當當 ni(t)為振幅等于為振幅等于1的正弦信號，的正弦信號，微弱信號監(jiān)測第第1章章 微弱信號檢測與隨機噪聲微弱信號檢測與隨機噪聲1.2 隨機噪聲及其統(tǒng)計特征