微弱信号相位检测的自适应陷波法及其应用.pdf

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1、微弱信号相位检测的自适应陷波法及其应用李东，等微弱信号相位检测的自适应陷波法及其应用AdaptiveWaveTrapinPhaseDetectionforWeakSignalandItsApplication李孽罄，相平(北京信息科技大学光电信息与通信工程学院，北京100192)摘要：针对微弱信号因噪声影响造成剧烈的相位变化。采用常规的方法无法检测出其相位的现象。提出了一种自适应陷波方法。该方法采用自适廊陷波算法来滤出期望信号，再对陷波后信号进行带宽压缩以提高信噪比，从而准确检测出信号的相位。根据检测方法，研制出以数字信号处理器为核心的检

2、测系统，并应用此系统检测石英晶体输出的微弱信号的相位差。试验表明，对于信噪比小于一60dB的微弱信号。系统相位检测榜度达到2×10-60关键词：自适应陷波相位检测信号处理检测系统石英晶体FFT中图分类号：TP206文献标志码：AAbstract：Affectedbynoise，thephaseofweaksignaloftenchangesfiercelyandcan’tbedetectedwithconventionalmethod．thusthemethodofadaptivewavetrap(notchingfiltering)is

3、proposed．Byadoptingadaptivewavetrapalgorithm，theexpectedsignalisfilteredout，andthenthebandwidthofsignalafterwavetrapiscompressedtoimprovesignal-to—noiseratio，andthusthephaseofsignalisdetectedaccurately．Thedetectionsystemwiththedigitalsignal船thecoreisdevelopedinaccordancew

4、iththedetectionmethod。andthephasedifferenceoftheweaksignaloutputbyquartzcrystalisdetectedbythissystem．TheexperimentverifiesthattotheweaksignalthatSNRislessthan一60dB．thephasedetectionaccuracyofthesystemearlreach2×10-6．Keywords：AdaptivenotchingPhasedetectionSignalprocessing

5、DetectionsystemQuartzcrystalF兀’O引言1FFT相位检测方法相位检测是工程领域中最基本的应用之一。随着电子技术和信号处理算法的发展，相位检测技术被广泛应用于阵列信号测向、点发射技术、噪声抵消以及微弱信号检测等方面。针对微弱信号的相位检测，早期采用模拟方法进行。近年来，相位检测逐渐向数字化方向发展，其检测精度一般高于模拟检测方法⋯。F订是数字化相位检测中应用最为广泛的方法，但该方法存在较严重的频谱泄漏效应，所以一般要求比较大的采样点数，采样点数越大检测精度越高。正交变换是时变信号相位检测的方法之一，一般采用最小均

6、方自适应算法，其能快速跟踪信号变化，随时检测信号相位，检测精度一般低于F订算法B1。对于微弱信号的相位检测，使用F丌和正交变换均不能得到准确的相位检测结果¨J。本文提出一种自适应陷波方法，针对石英晶体的微弱输}n信号相位检测，在信噪比为一60dB下达到相位检测精度为2X10“的要求。北京市自然科学基金资助项日(缡号：KZ2008t1232018)。修改稿收到日期：2011—02—18。第一作者李东(1959一)．男．1988年毕业于陕西机械学院精密仪器专业，获硕士学位。教授：主要从事电子测量控术领域的研览工作。《自动化仪表》第33卷第2期

7、2012年2月数字鉴相方法是直接对信号采样，利用采样得到的数字信号进行Fffll运算，从而得到信号的离散频谱，最后根据频谱求出信号的相位。其基本原理如下。满足狄里赫利条件的实域信号的级数展开式为：聋(t)=fito+∑A。sin(tO。t+妒。)(1)式中：口。为直流分量；A。为各次谐波幅值分量；吼为各次谐波相位分量；oJ。为各次谐波频率分量。对式(1)进行快速傅里叶变换。得：X(居)=N∑-Iz(见)e‘J峄=ReRe[x(忌)]+Im[

8、]r(詹)]X(

9、

10、})=∑z(见)e‘’’=[x(

11、i})]+[．】r(詹)]k=0，l，2，⋯

12、，，v—l(2)则对应每个频率的信号相位为：巩=arctan{蹦揣)㈥通过傅里叶变换可以提取各个频率分量的相位和幅度参数。谐波干扰的存在不影响其他频率信号的检测，所以谐波的存在对检测相位几乎没