微弱信號檢測的基本理論和技術(shù)

1、微弱信號檢測的根本理論和技術(shù)微弱信號檢測技術(shù)是承受電子學(xué)、信息論、計算機(jī)和物理學(xué)的方法，分析噪在微弱信號檢測中，總是伴隨著噪聲，噪聲屬于電路中的隨機(jī)擾動，它可能機(jī)過程(或嚴(yán)格平穩(wěn)隨機(jī)過程)。明顯，一個嚴(yán)格平穩(wěn)隨機(jī)過程肯定為廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程，反之則不然。濾波器分立元件構(gòu)成(例如，RC低通濾波器、LC諧振回路等)，它對于濾去某些干擾譜線(例如，電源50Mz濾波，收音機(jī)、電視機(jī)中干擾的濾波)，有較好的效果。對于混方法，有稱為最小最正確濾波準(zhǔn)則。在自動把握領(lǐng)域起到了重要作用。維納濾波理論的另一進(jìn)展方向是自適應(yīng)濾波，估量方法中，維納(Wiener)濾波是一種最根本的方法，適用于需要從噪聲中分別出的有用信

2、號是整個信號(波形)，而不只是它的一個或某幾個參量。其根本依據(jù)最小均方誤差實際上屬于線性最小方差估量。系統(tǒng)(信號模型與觀測模型)及其統(tǒng)計特性作了某些在實際應(yīng)用中具有相當(dāng)廣泛的泛的應(yīng)用。上按線性最小均方準(zhǔn)則進(jìn)展濾波。要設(shè)計這兩種濾波器，必需對信號和噪聲的統(tǒng)計特性(數(shù)學(xué)期望、相關(guān)函數(shù))有先聲抵消方法來消退混入信號中的觀看噪聲，到達(dá)濾波的目的。圖1-1為噪聲抵消系統(tǒng)的原理，即承受相關(guān)噪聲源nt與nt相關(guān)送入?yún)⒖纪ǖ?，通過自適wt制。噪聲抵消系統(tǒng)原理圖的這些優(yōu)點，它現(xiàn)在已被廣泛用于對混入信號中的周期干擾的抑制(即自適應(yīng)陷波濾波器)，例如，胎兒心電圖中干擾信號濾波，自適應(yīng)譜線增加以及通信信道的自適應(yīng)均衡

3、等。信號判決把具有T時間內(nèi)的信號判決轉(zhuǎn)化為相關(guān)積分。信號判決問題中，由于有很多隨機(jī)因素的影響，特別是在噪聲較強(qiáng)而信號較弱的狀況(低信噪比)判決中有可能產(chǎn)得在某種“最正確”的意義下帶來的平均風(fēng)險(或錯誤概率最小。(由取樣信號產(chǎn)生)及判決門限。這些準(zhǔn)則有：最大后驗概率準(zhǔn)則，二元信號判決的最正確準(zhǔn)則貝葉斯準(zhǔn)則，最小總錯誤概率準(zhǔn)則，奈曼-皮爾遜準(zhǔn)則，極大微小準(zhǔn)H1大事表 示噪聲中有信號，而H0大事表示噪聲中無信號。例如，雷達(dá)信號檢測、數(shù)字通信而是使濾波器的輸出端在某一判決時刻T時，具備最大的輸出信噪比，從而可以最好地實現(xiàn)噪聲中信號的檢測或覺察信號。信號參量的估量 在確定信號存在的前提下，爭辯信號的參量

4、的計算問題，即打算 的數(shù)值，這里參量可以有不同含義，例如，可以指正弦信號的幅度，也可以指正弦信號的頻率或相位等。這時，輸入信號可以寫為x(t)s(t,1, ,m)n(t) 1m由于樣本容量有限，估量值與真實值之間必定存在誤差 ，在這種狀況下，如何是誤差 到達(dá)某種意義的最小，就是信號的參量估量理論要解決的問題。估量理論是微弱信號檢測技術(shù)中的一個重要方面，有很多重要應(yīng)用。例如，即放射信號頻率與回波信號頻率差如信號的時延、頻移等就是估量理1無偏性2有效性3全都性。鎖定放大器正弦信號是測量中最常遇到的一種信號。對于這種信號，要測量的是它們的幅度和相位。在微弱信號檢測領(lǐng)域中，由于信號幅度很小通常為10-

5、12V到10-9V 量級，而伴隨的噪聲卻很大，從而給信號的準(zhǔn)確測量帶來很大的困難。要實現(xiàn)D設(shè)承受信號為r(t)Uscosw t n(t)10式中U 為被測量的正弦信號幅度；nt為觀看噪聲?？梢杂米畲笏迫还懒?s來對噪聲中的正弦信號幅度Us進(jìn)展估量，即Uc T x(t)coss0tdto2信號振幅的最大似然估量為amT xt)st)T s2t) 0c0 x(t)s(t)dt32式中cos0可算出。t為3中的s(t；c1 T s2(t)dt0，其中s(t用cos0t代入即上式說明，幅度估量U x(t與同頻正弦信號相互關(guān)得到。如s下面給出的相關(guān)解調(diào)器的原理圖相關(guān)解調(diào)器原理圖則U lim 1 T KU

6、 cos t n(t)cos( t )dt0T T0000又由于正弦信號與噪聲不相關(guān)，故UKU Usrcos02明顯，假設(shè)能做到 0，即參考信號與被測量信號同相位，則U0將到達(dá)最大值，從而可以實現(xiàn)對Us最準(zhǔn)確測量。取樣積分器如取樣積分器之類的儀器。下面介紹取樣積分器的根本原理以下圖ar(t) s(t) 同頻的參考信號。經(jīng)延時t0后形成取樣脈沖，作用到取樣開關(guān)K，實現(xiàn)對輸入信號Xt=St+ntTC上的電壓就得到取樣信號的積分。為防止積存造成溢消滅象，在計算機(jī)的存儲器代替C的狀況下，對存儲信b圖給出波形示意圖。a經(jīng)過n次積存平均，則輸出為u 1 n1 xt0nk0kT) 1 n1 st nk0kT

7、) 1 n1 ntnk0kT)b對白噪聲形式的觀看噪聲，由于不同時刻噪聲值不相關(guān)，則有1 n1 n(t nk0故輸出kT) 0u 1 n1 st0nk0kT) s(t )0微弱信號檢測在各個學(xué)科有著廣泛的應(yīng)用，主要有以下幾個方面1鎖相放大技術(shù)進(jìn)展視頻微弱信號提取是指將窄帶低頻信號或者通過鼓勵方式轉(zhuǎn)避開1f 低頻噪聲；避開直流放大器的溫度、零點漂移：抑制噪聲，極大地提高信噪比。因此該技術(shù)在等離子腐蝕監(jiān)測、光纖瓦斯傳感器、車輛溫度測試、掃描電子顯微鏡、生物醫(yī)學(xué)信號等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用2將信號稀疏分解思想MPMatching Pursuit算法實現(xiàn)。原子承受正弦波模型，通過對正弦波模型伸縮和平移形成過完備原子庫。由MP 幅度、頻率和初相位參數(shù)，從而恢復(fù)為待檢測的微弱正弦信號。此方法在-40dB 極低信噪比環(huán)境下可以同時檢測多個正弦信號3自相關(guān)方法與混沌相結(jié)合檢20dB；用于檢測微弱信號時，輸出信噪比門限確實很低4強(qiáng)噪聲背景中