微弱信号监测.ppt

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1、第六章微弱信号检测第六章微弱信号检测l什么是微弱信号什么是微弱信号 1.幅度极微小的信号幅度极微小的信号 2.被噪声淹没的信号被噪声淹没的信号 l应用领域应用领域 常规和传统方法不能检测到的微弱量的检测常规和传统方法不能检测到的微弱量的检测 (弱光、弱磁、弱声、小位移、微流量、微振弱光、弱磁、弱声、小位移、微流量、微振动、微温差、微压差、微电导、微电流等的测动、微温差、微压差、微电导、微电流等的测量量)l微弱信号与噪声微弱信号与噪声 背景噪声、放大器噪声背景噪声、放大器噪声l检测方法检测方法 1.低噪低噪/限噪放大限噪放大(包括斩波放大包括斩波放大)2.降噪滤波降噪滤波(频带处理频带处理)3.

2、相关检测相关检测(周期性信号周期性信号)0 概论概论l表征信号质量的主要参量表征信号质量的主要参量 信噪比信噪比 S/N(SNR Signal Noise Ratio)信号有效值与噪声有效值之比信号有效值与噪声有效值之比(V或或P)l表征检测方法系统质量的主要参量表征检测方法系统质量的主要参量 1.信噪改善比信噪改善比 SNIR=SNRo/SNRi (Signal Noise Improvement Ratio)2.有效检测分辨率有效检测分辨率 仪器的示值可以相应与分辨的最小输入量的变化量仪器的示值可以相应与分辨的最小输入量的变化量6.1常规小信号检测方法常规小信号检测方法 6.1.1 滤波滤

3、波 6.1.2 调制放大与解调调制放大与解调(斩波放大斩波放大)6.1.3 零位法零位法 6.1.4 反馈补偿法反馈补偿法16.2相关检测原理相关检测原理自相关函数自相关函数 一、一、自相关函数自相关函数 Rx(t1，t2)平稳随机过程，其统计特征量与时间起点无关平稳随机过程，其统计特征量与时间起点无关5随机噪声及其统计特征随机噪声及其统计特征 6.2.5 随机噪声的功率谱密度函数随机噪声的功率谱密度函数 根据维纳辛钦根据维纳辛钦(Wiener-Khinchin)定理定理101、振幅等于、振幅等于A的正弦信号的正弦信号 10当当 xi(t)为白噪声、且为白噪声、且足够大时，足够大时，Rx()0

4、。，常见随机噪声常见随机噪声2、白噪声、白噪声 全频带全频带(-，)上能量均等，上能量均等，为常量。为常量。143、限带白噪声、限带白噪声 在有限频带在有限频带()内，内，。15 一、一、自相关函数性质自相关函数性质 （1）Rx()=Rx(-)（2）=0 时时 Rx()具有最大值具有最大值（3）时时6 （4）如果随机量）如果随机量x(t)不包含周期性分量，不包含周期性分量，Rxx()随随增增加从最大值减小加从最大值减小。（5）如果随机量）如果随机量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频率含周期性正弦波振幅和频率,Rx()无

5、无相位信息相位信息71.2.4 随机噪声的互相关与互协方差函数随机噪声的互相关与互协方差函数 一、互相关函数一、互相关函数 (1)Rxy()Rxy(-)但但 Rxy()Ryx(-)(2)(3)Rxy()=xy81.2 随机噪声及其统计特征随机噪声及其统计特征 1.2.4 随机噪声的互相关与互协方差函数时随机噪声的互相关与互协方差函数时 二、互协方差函数二、互协方差函数(t1=t,t2=t-)Cxy(t1,t2)=Ex(t1)-x y(t2)-y =Rxy()-xy(平稳随机噪声平稳随机噪声)x=y=0时，时，Cxy(t1,t2)=Rxy()三、归一化相关函数三、归一化相关函数95.2.6 相关

6、检测原理相关检测原理 (1)自相关检测自相关检测11延迟延迟LPF1.2 随机噪声及其统计特征随机噪声及其统计特征 1.2.6 相关检测原理相关检测原理 (1)自相关检测自相关检测12xi(t)与与ni(t)相互独立，则互不相关，因而为零。相互独立，则互不相关，因而为零。当当 xi(t)为白噪声、且为白噪声、且足够大时，足够大时，Rnn()0。当当 ni(t)为振幅等于为振幅等于1的正弦信号，的正弦信号，相关检测原理相关检测原理 (2)互相关检测互相关检测13延迟延迟LPFxi(t)与与ni(t)相互独立，则互不相关，因而为零。相互独立，则互不相关，因而为零。第第1章章 微弱信号检测与随机噪声

7、微弱信号检测与随机噪声1.2 随机噪声及其统计特征随机噪声及其统计特征 1.2.6 相关检测原理相关检测原理 (1)自相关检测自相关检测10延迟延迟LPF随机噪声及其统计特征随机噪声及其统计特征相关检测原理相关检测原理 (1)自相关检测自相关检测10 xi(t)与与ni(t)相互独立，则互不相关，因而为零。相互独立，则互不相关，因而为零。当当 xi(t)为白噪声、且为白噪声、且足够大时，足够大时，Rx()0。当当 ni(t)为振幅等于为振幅等于1的正弦信号，的正弦信号，第第1章章 微弱信号检测与随机噪声微弱信号检测与随机噪声1.2 随机噪声及其统计特征随机噪声及其统计特征 1.2.6 相关检测原理相关检测原理 (2)互相关检测互相关检测10延迟延迟LPFxi(t)与与ni(t)相互独立，则互不相关，因而为零。相互独立，则互不相关，因而为零。