《光电信号处理》微弱信号检测的原理和方法PPT课件.ppt

两信号相乘后，通过积分器进行积分， 假定积分器的积分时间常数为T，而且积分时间也取ｔ＝T， 则： 由上式可见，锁定接收法最后得到的是直流输出信号，而且这个直流信号的大小和两信号的相位有关。 2．只有噪声输入时， 即： 其中幅度A(t)，相角 均为随机变量， Vn1(t)代表了噪声中的频率为ω的分量， 则此时锁定放大器的输出为： 当积分时间T→∞时，上式中两项积分均趋于零。故Vn0(t)=0。 当噪声的频率不为ω时，亦有同样结果。 这表明当积分时间很大时，锁定放大器对噪声的抑制能力很强。 在实际中，由于T不可能做得很大，或者积分器用低通滤波器来代替，这时锁定放大器的输出的噪声不为零，而在零附近起伏变化。 §3.6 取样积分法(Boxcar方法) 若一个十分微弱的周期性信号被背景噪声所掩埋，如何从背景噪声中检出这周期性的信号呢？ 如图所示，是被噪声所淹没了的周期信号。 Boxcar：形象地描述了取样积分法， 取样积分又称为Boxcar方法 1. 工作原理 实现取样积分法(Boxcar方法)的条件： ①微弱周期信号的周期是已知的， 这种信号一般是在主动测量中，源发出的周期性信号与被测物体作用后产生的， ②被检测的微弱信号的周期和源发出的周期性信号的周期存在一定的关系， 或者相等，或者存在某种函数关系。 如果能够很准确地对准周期信号的某一点（如图），在每个周期的这一时刻，都对信号进行取样，并把取样值保存在积分器中； 经过ｍ次取样后，如同同步累积法一样，信号得到了增强，而噪声由于随机性，相互抵消了一部分，所以信号在噪声中显现出来。 如果对周期信号的每一点都这样处理，那就有可能将被噪声淹没的信号恢复波形。 Boxcar法原理框图 : 这种取样积分法，只能恢复周期性信号某一点的幅值，故称为定点取样工作模式。 取样积分器的分类： 如果要恢复周期信号的波形，必须在定点取样积分器的基础上，对周期信号一周期内的各点进行扫描，把周期信号每一点的幅值都恢复出来，即采取扫描工作方式。 取样积分器可作如下简单分类： 取样积分器 2 取样积分器与同步积分的异同点 取样积分和同步累积两者的异同点: 取样积分分为两种： 单点取样积分：只是对信号的某一点进行同步累积，从而加强信号而噪声相互消除，这称为单点取样积分； 多点取样积分器，多点取样积分则可恢复原微弱信号的的波形。 同步累积法只是使信号同相地累积起来， 同步积分器是在信号持续的半个周期内对信号进行积分。 而取样积分器，是对周期信号的某一点取样并累积。 3 信噪比改善 计算取样积分器的信噪比改善： 输入端信噪比： 输出端经过m次取样并积分后， 得到的信号是：Vs0=mVsi， 噪声是随机的，且其均值为零， 经过m次取样并积分后，得到的是m次功率相加， 即： 因此，输出端信噪比是： 可得信噪比改善：SNIR= m。 4 扫描取样积分器 在定点取样积分的基础上，顺序改变取样点的位置，就得到以扫描方式工作的取样积分器。如图： 当取样脉冲对准t1位置取样积分m次后，将取样脉冲在时间轴上向右移动Δt（一般来说ΔtTg） 对准t2位置再取样m次，然后又向右移动Δt，对准t3取样积分m次…… 直到取样脉冲移动扫过信号的一个完整的周期， 若Tg /Δt = ns，即当移动ns次后，正好是一个门宽Tg的间隔。 可以证明，在线性累积扫描工作方式的取样积分器中，ns是用来计算信噪比改善的测量次数，即： SNIR = ns 实际上这里的ns即前述的m，对准某一点取样的m次，是通过重迭扫描来实现的。 设被恢复的弱信号之周期为T，取样脉冲步进时间为Δt，要对弱信号一个周期取样完毕，而每个周期又只取样一次，故所需时间为： 因此在积分器输出端得到的输出波形是将原被测信号拉长了ni倍的波形; 因此这种取样方式又称之为变换取样，波形如图: 5 多点信号平均器 扫描取样积分器在信号重复出现的一个周期内只对信号取样一次。因此要取出信号一个周期内的完整波形需要niT的时间。 因此，取样积分器在时间上的利用率是很低的。 为了缩短恢复波形所需要的时间，可以使用多个取样积分器，在每个信号重复周期内对信号逐次多点取样。 多点信号平均器由多个定点信号平均器构成。在有效的测量时间内，信号每重复一次，各取样积分器上存储的信号电压就进行一次累加，多次累加的结果，使信噪比得到改善; 多点信号平均器是实时取样系统，它等效于大量单点取样积分器在不同延时的情况下并联使用。 多点信号平均器有模拟式和数字式两种: 模拟式多点平均器的存贮器是电容