一种新的微弱信号相关检测方法.pdf

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1、一种新的微弱信号相关检测方法黄思远李钧西安烽火电子科技有限责任公司陕西西安710075【摘要】阐述了微弱信号检测的锁定放大，数字式平均、相关检测技术的基本原理，归纳三种检测方法的特点，然后结合相关检测性能要求，给出了一种改善频率估计误差和幅度估计误差的方法。通过仿真实验结果验证了该方法的可行性。【关键词】微弱信号相关检测频率估计频率估计中图分类号：TN929．5文献标识码：B文章编号：1009-4067(2014)10-27-02一、引言(二)数字式平均法的基本原理微弱信号检测方法是在常规小信号检测方法基础上发展而来，目前数字式平均法的工作原理是把每个周期分成无数个时间段，对每个常规小信号检

2、测方法已经比较成熟且运用广泛，且常规小信号检测法中时间间隔取值，将各周期中处于相同位置的取样值累加后再平均。图的滤波、调制放大及解调等思想已经在微弱信号检测中有所运用，只不2为取样积分器的原理阿：过微弱信号检测技术能检测出输入信号信噪比更低的信号，检测方法也K，()()、≥更复杂化和多样化。本文将重点研究微弱信号检测的锁定放大、数字式——顿—平均、相关检测技术的基本原理，然后结合相关检测性能要求，给出了一种改善频率估计误差和幅度估计误差的方法。_l，(f卜—+触发卜—一延时0—脉宽Ti二、典型的微弱信号检测法微弱信号检测的目的是检测出人们所需要的有用信息，信息通常寄托于信号的某一参量(如幅度

3、、相位、频谱、有效值或均值、波形等)”’。图2取样积分基本原理图信号检测是通过相应传感器的物理量转化为电信号来检测的，而实际测假设r(f)作为参考信号，它和被测信号(f)有相同的频率。参考量中往往不需要检测出信号的全部参数，根据具体需要，测量特定参数信号经触发后每延时一个‘0就形成一个采样脉冲，如果采样脉冲作用即可。对于某种微弱信号检测法，需要评价其检测性能的优劣，通常人于采样开关s，就会对输入信号x(f)=s(t)+n(f)采样。当讨论的噪声们采用信噪改善比作为指标。下面简单介绍三种常见弱信号检测算法。仅为高斯分布的白噪声时，设高斯分布零均值白噪声的有效值为，(一)锁定放大法的基本原理锁定

4、放大法属于时域分析法，它利用频谱搬移的思想，实现了弱信信号的数值为，则平均处理之前的信噪比为=Sj／。由于噪号的检测。其基本过程总结为：为了远离低频噪声，用载波将低频或直声的幅度是随机的，不能简单用它的幅度值相加，需要从其统计的角度来求和。如果重复累计次数为N，通过取样积分器输出的噪声功率可表流信号的频谱搬移到调制频率处放大；利用相敏检测器解调调制信示为：号，解调中利用了噪声与信号同频同相低可能性的特点，因此解调出信号而抑制了噪声。最后用低通滤波器滤除频带之外的噪声(主要指白噪=∑N2f2．51声)。图l是锁定放大法主要部分原理框图。=4Na．(2．6)一窄带放人————低通滤波器——+式(

5、2．6)中，。为累加后噪声的有效值。累加后信号的电压值可以。⋯⋯⋯一表示为：N-1．一lu(～2．·7)，图l锁定放大原理框图于是输出的信噪比为：当信号没有噪声干扰时，(f)=sin(cat+仍)，参考信号SNRo=NsJ~lNo-~[Nsl／f2．81V2(t)=sin(ca2t+)，若令ca=，则输人信号与参考信号的乘积信噪改善比为：可表示为：=SNR=(2．9)(f)(f)=sin(国f+cp,)sin(cat+仍)(2．1)L’,通过低通滤波器，滤除高频分量，其中K表示滤波器增益，则输式(2．9)说明，当信号淹没于白噪声时，累加和平均N个不同点的采出信号可表示为：样值可以使信噪改善比

6、提高√倍。(三)相关检测法的基本原理(f)=：。(一仍)(2．2)相关检测法分为自相关检测法和互相关检测法。来自同一传输信道由式(2．2)可知，低通滤波后只有直流分量和低频分量，即有时候可的两路信号进行相关运算，为自相关函数，自相关函数表示同一个随机以用积分器代替低通滤波器。又因为噪声与参考信号同频又同相的机会过程在时间轴前后的相关性；由于两路信号均可能混有噪声，传输信道很小，下面推导噪声通过锁定放大器后的表达式。假设输入噪声为：相同时混入噪声的互相关函数值要大于传输信道不同时噪声的互相关(f)=,o(t)sin(ca2t+f))(2函数值。图3为相关检测原理图：．3)式(2I3)中，p(f

7、)与(f)都是随时间变化的量，输出表达式看不出———0j——+积分器■———(r)⋯一⋯什么规律，此时若用积分器代替低通滤波器，推导只有噪声输入时的锁-定放大系统输出表达式。噪声通过检测器的输出如下：y——延时器，r(f)=Ip(t){cos(~p(t)一仍)一cos(2ca2t+(f)+)}at(2．4)二』。图3相关检测原理图由上式可以看出，当r∞时，。0。所以当噪声和信号混合实际中经常需要测量功率有限信