噪声功率谱密度比较宽.ppt

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1、微弱信号检测技术第2讲正弦波微弱信号的检测§6.1低噪声电子设计的适用范围1低噪声电子设计的适用范围低噪声电子设计的方法：使用的前提：是要求在电信号处理的输入端有足够大的信噪比，处理的结果是使信噪比不至于变坏。如果在信号处理系统的输入端，信噪比已很糟糕，甚至信号深埋于噪声之中，这时要想将信号检测出来，仅用低噪声电子设计的方法就不行了。这时，必须根据信号和噪声的不同特点，采用相应的方法将信号与噪声分离。这就是微弱信号检测的方法。2微弱信号检测的途径●一是降低传感器与放大器的固有噪声，尽量提高其信噪比●二是研制适合弱信号检测的原理，并能

2、满足特殊需要的器件●三是研究并采用各种弱信号检测技术，通过各种手段提取信号这三者缺一不可。回顾：噪声的性质■平坦的频谱在宽阔的频率范围内，该信号具有几乎相同的频谱。信号的瞬时电平成为预测不到的随机的值。■随着频带宽度不同测量电压会改变在用毫伏计测量白噪声时，得到的测量值和白噪声所具有的BW平方根以及电平成比例。测量得到的电压值，与右图中的浅蓝色部分的面积成比例。即使对于同样的噪声，如果用带通滤波器（BPF）来限制所通过的频带，那么测量所得的电压值就会不同。把测量所得的噪声电压（Vrms），除以BW的平方根，就得到用表示噪声大小的单位

3、、也即称作噪声电压密度（V/√Hz）来衡量的值。BW如果缩小到1/100，那么测量所得的噪声电压就缩小到1/10。●白噪声：当其通过一个电压传输系数为Kv，带宽为B=f2-f1的系统后，则输出噪声为：●由上式可以看出：噪声输出总功率与系统的带宽成正比，通过减小系统带宽来减小输出的白噪声功率。●1/f噪声的情况：其输出噪声即由1/f噪声产生的输出噪声功率为：●由上式可见，通过减小通频带B来减小输出端的1/f噪声功率。再看一看正弦波的性质■频谱非常集中■与频带宽度无关，测量所得电压保持一定的值。因为频谱是集中分布的，所以不受频带宽度的影

4、响，测量所得的电压保持一定的值。但是，必须要使信号频率存在于所取的频带之内。用交流电压表所测量的电压值，与频带宽度无关在正弦波上叠加了白噪声以后会怎么样呢？当带通滤波器的频带宽度变狭窄时，就会有以下结果：想要测量的信号的电平不变；白噪声的强度减小；频率不同的其它成分也被削弱。功率谱密度曲线：有限正弦信号白噪声由图看出：使用了窄带通滤波器后，如果B选得很窄，则输出信噪比还能更大一些，带通滤波器在白噪声条件下的信噪比改善：输出端信号功率Pso：输出端噪声功率Pno:∴即：也就是：Δfn为窄带通滤波器的等效噪声带宽，Δfni为输入噪声的带

5、宽，即使是白噪声，它也有一个带宽，实际上并不是到无穷大。结论：为了测量被噪声所掩埋的信号，应该将带通滤波器的频带宽度变窄。如果将频带宽度缩小到1/N，那么噪声功率就减小到1/N，而信号却不改变，其SNIR为1/N。带通滤波器的限制使用带通滤波器只让想要测量的频率信号通过，可以抑制噪声，让目的信号浮现出来。但是，使带通滤波器的通带宽度变窄，这也是有限度的。在带通滤波器中，中心频率与通带宽度的比值称作Q值，作为衡量带通滤波器的滤波尖锐程度的一项指标来使用。Q值越大，通带宽度就越窄，抑制噪声的能力就越强。但是，一般的滤波器所能够实现的Q值

6、，大约在100左右。（1kHz的中心频率，相应的通带宽度的限界大约在10Hz左右）Q值不能任意增大的原因，在于组成滤波器的零部件的精确度和时间/温度的稳定性是有限的。窄带滤波法一、基本原理设计出发点：噪声功率谱密度比较宽，信号功率谱密度比较窄。工作原理：用一个窄的带通滤波器，将有用信号的功率提取出来；由于窄带滤波器只让噪声功率的很小一部分通过，而滤掉了大部分的噪声功率，所以输出信噪比能得到很大改善。特点：滤波器带宽B越窄，信噪比提高越好缺点：带宽BW与f0、Q有关，BW很窄的滤波器无法实现。无法检测深埋在噪声中的信号，只适用于对噪声

7、特性要求不高的场合窄带通滤波器的实现方式很多：常见的有双T选频，LC调谐，晶体窄带滤波器等，其中双T选频可以做到相对带宽等于千分之几左右（f0为带通滤波器的中心频率）晶体窄带滤波器可以做到万分之几左右。即使是这样，这些滤波器的带宽还嫌太宽，因为这种方法不能检测深埋在噪声中的信号，通常它只用在对噪声特性要求不很高的场合。更好的方法是用锁定放大器和取样积分器同步相干检测(重点)一、相关函数的重要性质相关函数的定义与计算相关函数基本性质周期信号相关函数的特点随机噪声信号的相关函数二、自相关检测三、互相关检测一、相关函数的定义与计算能量有限

8、信号的自相关函数功率有限信号的自相关函数两个功率有限信号的互相关函数两个能量有限信号的互相关函数2、相关函数的基本性质=0时，R()取最大值。对实函数，R()为偶函数对复函数2、周期信号相关函数特征正弦信号自相关函数3、噪声的相