微弱信号检测课件6(高晋占_--清华大学出版).ppt

Chapter 6 Correlation-Based Measurement ?? 简介：相关检测技术与LIA对比，应 用，相关器分类 ?? 相关函数实际运算及误差分析 ?? 相关函数算法及实现 ?? 相关函数峰点跟踪 ?? 相关检测应用 6. 3. 3 极性相关算法(Polarity Correlation) 2．数字累加式 2. 流动噪声获取方式： ?? 流体物理特性检测：电容、电导、电荷、温度； ?? 光学方法：光的吸收、调制、反射、散射； ?? 超声法：连续、脉动； ?? Gamma ray法：吸收、散射； ?? 流体辐射检测：热辐射、离子辐射。 6. 5. 4 速度及流速测量 一、运动速度测量(如热轧钢板速度、无打滑车速等) 讨论：（1）传感器及放大电路的灵敏 度对测量结果有无影响？ （2）可否用极性相关？有何利弊？ 二、 流速测量 1. 原理 数字式相关流速仪常用溢 出法检测时延D。 由 的峰点位置确定 流动噪声渡越时间D * 6．1 相关检测简介 1. 相关检测技术与LIA对比 检测同一时刻信号相关情况 检测不同时刻信号相关情况 2. 应用 （1）从噪声中提取信号； （2）渡越时间测量：气体或液体检漏(Leak detection), 雷达，导航，超声测距，流体检测等； （3）速度测量：固体表面速度，困难流体流速； （4）系统动态特性辨识； （5）其他应用：火焰燃烧情况检测，气体色谱，光子相 关分析。 3. 相关器分类 （1）直接相关器：两路信号都是模拟量; （2）混合相关器(1961)：一路信号为模拟量，另一路 量化。极限情况为继电器相关器（Relay Correlator）; （3）修正的Stieltjies相关器(1970)：数字通道叠加伪 随机信号; （4）数字式相关器(1969)：两路信号都量化；极性相 关器（1970）； （5）修正的极性相关器(1983)：极性相关器的两个通 道都叠加伪随机信号。 6. 2 相关函数实际运算及误差 6. 2.1 相关函数实际运算 6. 2. 2 实际运算误差 1.估计值的方差 1．模拟积分 2．数字累加 式中： T―积分时间； B―信号带宽； 上式常用于计算积分所需时间。 5． 数字相关量化噪声导致的SNR退化比 D是量化级别数、采样频率的函数。 6．3 相关函数算法及实现 实时计算过程： 每个采样周期内须完成M次乘和加， NM次乘和加后才能得到一组 。 6. 3. 1 递推算法 特点： （1） 每个采样周期内4次乘1次加， 4M次乘和M次加后可得一组 （k=0,1,…,M-1）值； （2）随采样数的增加，计算精度不断提高； （3）N值越大，新数据作用越小，不适于时变情况。 指数加权递推算法 。 特点：（1）跟踪时变的 ； （2）一阶低通特性，时常 个 采样周期； （3） 越小，跟踪能力越强，但 方差越大； （4）指数加权平均。 6. 3. 2 Relay算法 可用过零检测器得到 1. 模拟积分算法 （1）算法 其中： （2）实现方法 单路： 时延可用Shift Register or Circular RAM 多路： 3．估计值的偏差 实现方法： 2．数字累加式 实现电路： 1. 模拟积分式 （1）算法： （2）实现： 相乘结果： （2）实现 （1）算法： 对时延、速度测量无影响，其它应用须修正。 3． 估计值的偏差 对高斯信号： 6. 3. 4 极性相关修正算法 6. 3. 5 FFT法 对离散量： 6.4 相关函数峰点跟踪 1 . 用途：跟踪速度、距离的变化 2. 调整方法： 如超声测距、雷达测距、相关测速度等。 3. 实现方法 对极性相关，延时线可用移位寄存器实现。若其级数为K，则所实现的延时为： 两点差分式相关函数峰点跟踪系统 四、存在问题 锁定在局部峰点。解决办法：用整体相关函数确定跟踪范围 6. 5 相关检测应用 6. 5. 1 噪声中信号的恢复 1. 自相关法