微弱信号检测技术.pdf

June2009Vol.40No.2(serialNo.135)航空电子技术AVIONICSTECHNOLOGY

微弱信号检测技术

章克来1，朱海明2
（1.中国航空无线电电子研究所，上海200233；2.上海自动化仪表五厂，上海201703）

[摘要]分析了近年来国内外微弱信号检测理论研究和实际应用领域的发展情况；对弱信号检测的背景、类
型、方法和应用作了较为详细的介绍。
[关键词]微弱信号检测；锁相放大器；谐波小波；混沌；随机共振
[中图分类号]TN98[文献标识码]A[文章编号]1006-141X（2009）02-0030-07

WeakSignalDetectionTechnology

ZHANGKe-lai1,ZHUHai-ming2
（1.ChinaNationalAeronauticalRadioElectronicsResearchInstitute,Shanghai200233,China；
2.ShanghaiAutomationInstrumentationCo.,Ltd,201703,China)

Abstract:Thedevelopmentsinrecentyearsofthetheoryandapplicationsonweeksignaldetectiontechnologyare
describedindetailinthispaper,includingthebackground,classification,newmethods,andapplicationexamples.
Keywords:weaksignaldetection;phase-lockamplifier;harmonicwavelet;chaos;stochasticresonance

信号检测原理并能满足特殊需要的器件；（3）利用
1概述
电子学和信息论的方法，研究噪声的成因和规律，
微弱信号检测是测量技术中的一个综合性的分析信号的特点和相干关系[1]。
技术分支，它利用电子学、信息论和物理学的方法，微弱信号检测目前在检测理论方面重点研究
分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特征的内容有：（1）噪声理论和模型及噪声的克服途
和相关性，检出并恢复被背景噪声掩盖的微弱信径；（2）应用功率谱方法解决单次信号的捕获；
号。微弱信号检测技术研究的重点是如何从强噪声（3）少量积累平均，极大改善信噪比的方法；（4）
中提取有用信号，探索采用新技术和新方法来提高快速瞬变的处理；（5）对低占空比信号的再现；
检测系统输出信号的信噪比。（6）测量时间的减少及随机信号的平均；（7）改
在测量淹没在背景噪声中的微弱信号时，必须善传感器的噪声特性；（8）模拟锁相量化与数字平
对信号进行放大。然而由于微弱信号本身的涨落、均技术结合[1-4]。
背景和放大器噪声的影响，测量灵敏度会受到限常规的微弱信号检测方法主要包括时域的相
制。因此，微弱信号的检测有以下三个特点：（1）关方法、取样积分方法和频域的谱分析方法等。然
需要噪声系数尽量小的前置放大器，并根据源阻抗而，这些方法都有一定的局限性，主要表现在所能
与工作频率设计最佳匹配：（2）需要研制适合微弱检测到的微弱信号的信噪比门限值较高。近年来，

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微弱信号检测技术章克来等2009年6月第40卷第2期(总第135期)
随着对非线性系统研究的不断深入，提出了诸如谐锁相放大器具有中心频率稳定，通频带窄，品
波小波、混沌、随机共振等新的理论和方法，为微质因数高等优点，因而得到广泛应用。常用的模拟
弱信号检测开创了新的思路。锁相放大器虽然速度快，但是参数稳定性和灵活性
差，而且在与微处理器通信时还需要转换电路。传
2微弱信号检测的不同原理与应用
统数字锁相放大器一般使用高速A／DC对信号进
2.1锁相放大器频谱迁移法检测微弱信号行高速采样，然后使用比较复杂的算法进行锁相运
锁相放大器频谱迁移法[1]抑制噪声的原理是：算，运算量很大，这对微处理器的速度要求很高。
用调制器将支流或慢变信号的频谱迁移到调现在提出的新型锁相检测电路是模拟和数字处理

制频率ω0处，再进行放大，以避开1/f噪声的不利方法的有机结合，它将待测信号和参考信号先相
影响。乘，其结果再通过高精度型A／DC采样，然后再
利用相敏检测器实现调制信号的解调过程，可作处理，运算量较前者降低，因此降低了对处理器
以同时利用频率ω0和相角进行检测，噪声与信的运算能力和速度的要求，算法和电路更加简单。
号同频又同相的概率很低。锁相放大器已被广泛应用到物理、化学、天文、电
用低通滤波器来抑制宽带噪声。低通滤波器的子技术、通信、生物医学等研究领域中[1-4]。
带宽可以做得很窄。2.2微弱振动信号的谐波小波频域提取
锁相放大器对