微弱信号

微弱信号检测与处理

关于本课程：

检测技术，研究内容，信息提取与处理的理论，方法和技术。

信息提取：指从自然界中，社会中，生产过程中和科学实验中获取需要的

信息

信息处理：把获取的信息进行加工，运算，分析或综合，以便进行预报，检测，计量，保护，控制和管理等等。

目的：预防自然灾害，预报事故，正确计量，改善产品质量，顺利科学实验，文明生产和科学管理等。

因此，检测技术是一门综合性很强的技术。

微弱信号检测：采用物理学，电子学，信息论以及数理统计等分方法，利用有关技术对淹没于噪声中的微弱信号进行检测。

课程内容主要包括：

1．噪声理论与噪声检测技术

2．微弱信号的检测理论

课时：36学时

第一章：概述

§1－1 微弱信号检测的背景，意义

检测技术，人们获取信息的方式，常规手段，方法：传感器技术

问题：科学发展需要检测微弱信号（淹没于噪声中），传统方法不能解决，因此，微弱信号检测技术应运而生，顺应了检测技术发展的需要。

归纳：①科学发展对检测技术提出新的要求。

②科学发展为微弱信号检测技术开展提供了保证

§1－2 微弱信号检测技术的概念，方法

一．微弱信号检测的概念

1．微弱信号检测

检测被噪声淹没的微弱有用信号

任务：研究从噪声中提取有用信号的理论、方法、技术

有用信号：能传递信息的信号。如压力、流量、温度等。对于本课程，指电信号。2．微弱信号的概念

两个方面理解

1）相对性

10-

信号幅值相对于噪声很微弱，如输入信噪比≤1

2）绝对性

信号幅值极小，如nV，甚至更小。

3．微弱信号检测的目的

提高检测灵敏度和系统信噪比。

二. 微弱信号检测基本方法

主要有：1）利用相关技术提取信号的振幅或相位信息

2）利用取样积分方法提取或恢复信号波形

3）利用锁相技术检测调制信号

相关知识：物理学、数学、电路理论、电子技术、传感器技术、数理统计等。

第二章：噪声特性

微弱信号检测：从噪声中提取有用信号的技术为了有效实现这一目的，需对噪声特性进行研究，以便找到抑制噪声的方法。

本章内容：噪声产生的原因：噪声特性

噪声描述，抑制噪声的方法

§2－1 噪声基本概念

一 .信号，噪声与干扰

1.信号与噪声

任何测量系统，信号与噪声总是共存的。 有用信息——信号

信号：

无用——噪声（干扰信号）

噪声：声学术语，为一种听不懂，引人不快，不和谐声音，在音频范围内，电学噪声与声学噪声通过转换可以互相转换，故将电学噪声也称为噪声。

电噪声实际上是一种干扰信号，会使测量仪器分辨率下降，严重时使仪器无法正常工作。 一般情况下，噪声与干扰并无严格区分，有的书对二者作了界定。

2.干扰与噪声

1）干扰

指来自测量系统外部的干扰信号。

包括三种：

1）自然 天体与大气的辐射、大地磁场等

2）人为 工业干扰（电器设备电流或电压衰变形成的电磁辐射、电台或雷达发射信号产生干扰等）

特点：采取措施（如滤波，屏蔽等），干扰可以消除或减小

2）噪声

指由测量系统内部产生的干扰信号。

包括：电子器件产生的噪声、绝缘不良或温度分布不均匀引起的噪声等。

二.内部噪声的特点

起因：主要由电子之间内部带电微粒无规则运动引起。

特点：起伏不定，属于随机过程。

§2－2 噪声电压的数值估计

对于微弱信号检测，需要处理的主要是随机噪声。

随机噪声是一个平稳的随机过程（平稳随机过程：系统处于平稳时，不同时刻噪声的概率分布是均匀的）。

平稳：产生噪声的条件不变。

（对平稳随机过程，可以用时间统计特性替代数据统计，即用时间平均替代数字平均） 分析方法：用统计方法。

随机变量统计特性包括：平均值、均方差、均方根值等

一.噪声电压的数字统计

1.噪声电压的平均值

01lim ()T n n T V V t dt T →∞=?，