微弱信号检测.pdf

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1、光电检测技术——微弱光检测一、相关检测原理................................................................21相关函数.....................................................................22、相关检测.....................................................................3二、锁定放大器.......................................

2、.............................61、基本原理.....................................................................62、锁定放大器的主要参数.............................................8三、光子计数技术..............................................................101、基本原理.........................................

3、..........................102、光子计数器的组成...................................................133、光电倍增管...............................................................144、光子计数系统的测量误差......................................15专业文档供参考，如有帮助请下载。在许多研究和应用领域中，都涉及到微弱信号的精密测量。然而，由于任何一个系统部必然存在噪声，而所测量的信

4、号本身又相当微弱，因此，如何把淹没于噪声中的有用信号提取出来的问题具有十分重要的意义。在光电探测系统中，噪声来自信号光、背景光、光电探测器及电子电路。通常抑制这些光学噪声和干扰的方法是：合理压缩系统视场，在光学系统结构上抑制背景光，加适当光谱滤波器，空间滤波器等以抑制背景光干扰。合理选择光信号的调制频率，使信号频率远离市电(50Hz)频率和空间高频电磁波频率，偏离l／f噪声为主的区域，以使光电探测系统在工作的波段范围内达到较高的信噪比。此外，在电子学信号处理系统中采用低噪声放大技术，选取适当的电子滤波器限制系统带宽，以抑制内部噪声及外部干扰。保证系统的信噪比大

5、大改善，即使信号较微弱时，也能得到S/N>1的结果。但当信号非常微弱，甚至比噪声小几个数量级或者说信号完全被噪声深深淹没时，再采用上述的办法，就不会有效，必须利用信号和噪声在时间特性方面的差别，也即利用信号和噪声在统计特性上的差别去区分它们，来提取被噪声淹没的极微弱信号，即采用相关检测原理来提取信号。一、相关检测原理利用信号在时间上相关这一特性，可以把深埋于噪声中的周期信号提取出来，这种摄取方法称为相关检测或相干接收，是微弱信号检测的基础。信号的相关性用相关函数采描述，它代表线性相关的度量，是随机过程在两个不同时间相关性的一个重要统计参量。1相关函数相关函数R

6、xy是度量两个随机过程x(t),y(t)间的相关性函数，定义为（1）式中τ为所考虑时间轴上两点间的时间间隔。如果两个随机过程互相完全没有关系(例如信号与噪声，则其互相关因数将为一个常数，并等于两个变化量平均值的乘积；若其中一个变化量平均值为零(例专业文档供参考，如有帮助请下载。如噪声)，则两个变化量互相关函数Rxy将处处为零，即完全独立不相关。如果两个变化量是具有相同基波频率的周期函数，则它们的互相关函数将保存它们基波频率以及两者所共有的谐波。互相关函数中基波及谐波的相位为两个原函数的相位差。当x(t)=y(t)，此时相关函数Rxx称为函数x(t)的自相关函数

7、。例:(1)正弦波设有一频率为ω0的正弦波x(t)=Asin(ω0t+φ)，则由式（1）得（2）(2)带通白噪声根据WienerKhintChine定理，x(t)的功率谱密度Sx(ω)与Rxx(τ)之间满足傅立叶变换关系，即（3）可定义为（4）于是由式（3）求得（5）2、相关检测简单说来相关检测就是利用信号具有良好的时间相关性和噪声的不相关性，把淹没与噪声中的信号提取出来。相关检测分为自相关和互相关检测。1）自相关检测图1为自相关检测的原理方框图。图中x(t)代表被测信号，它由信号Si(t)和专业文档供参考，如有帮助请下载。噪声信号外Ni(t)组成，即（6）将

8、x(t)经过自相关处理，即把x(t)分