微弱信號檢測教程

微弱信號檢測是發展高新技術、探索及發現新的自然規律的重要手段，對推動很多領域的發展具有重要的應用價值。對於淹沒在強背景噪聲中的微弱信號，運用電子學和近代信號處理手段抑制噪聲，進而從噪聲中提取和恢復有用的微弱信號，是本書的主要內容。《微弱信號檢測教程》涉及利用隨機噪聲理論分析和解釋電子系統內部噪聲和外部乾擾噪聲的產生和傳播問題，並詳細介紹各種不同噪聲的抑制方法，以及鎖相放大、取樣積分、相關檢測、自適應降噪等應用技術。 本書可作為自動化、電子工程、物理、化學、生物醫學工程、核技術、測試技術與儀器等專業的研究生和高年級本科生的教材，也可供涉及電子噪聲、低噪聲設計、電磁兼容性、微弱信號檢測的工程技術人員參考。

目錄

 

 

 

第1章微弱信號檢測與隨機噪聲

 

1.1微弱信號檢測概述

 

1.2常規小信號檢測方法

 

1.2.1濾波

 

1.2.2調制放大與解調

 

1.2.3零位法

 

1.2.4反饋補償法

 

1.3隨機噪聲及其統計特徵

 

1.3.1隨機噪聲的概率密度函數

 

1.3.2隨機噪聲的均值、方差和均方值

 

1.3.3隨機噪聲的相關函數與協方差函數

 

1.3.4隨機噪聲的功率譜密度函數

 

1.4常見隨機噪聲

 

1.4.1白噪聲與有色噪聲

 

1.4.2窄帶噪聲

 

1.5隨機噪聲通過電路系統的響應

 

1.5.1隨機噪聲通過線性系統的響應

 

1.5.2非平穩隨機噪聲通過線性系統的響應

 

1.5.3隨機噪聲通過非線性系統的響應

 

1.6等效噪聲帶寬

 

1.6.1等效噪聲帶寬的定義

 

1.6.2等效噪聲帶寬的計算方法

 

習題

 

第2章放大器的噪聲源和噪聲特性

 

2.1電子系統內部的固有噪聲源

 

2.1.1電阻的熱噪聲

 

2.1.2PN結的散彈噪聲

 

2.1.31/f噪聲

 

2.1.4爆裂噪聲

 

2.2放大器的噪聲指標與噪聲特性

 

2.2.1噪聲系數和噪聲因數

 

2.2.2級聯放大器的噪聲系數

 

2.2.3放大器的噪聲模型

 

2.2.4放大器的噪聲特性

 

2.3運算放大器的噪聲特性

 

2.3.1運算放大器的等效輸入噪聲模型

 

2.3.2運算放大器噪聲性能計算

 

2.4低噪聲放大器設計

 

2.4.1有源器件的選擇

 

2.4.2偏置電路與直流工作點選擇

 

2.4.3噪聲匹配

 

2.4.4反饋電路對噪聲特性的影響

 

2.4.5高頻低噪聲放大器設計考慮

 

2.5噪聲特性測量

 

2.5.1噪聲功率和有效值測量

 

2.5.2噪聲功率譜密度測量

 

2.5.3噪聲系數測量

 

2.5.4二埠等效輸入噪聲測量

 

2.5.5其他噪聲特性的測量

 

2.5.6噪聲發生器

 

習題

 

第3章乾擾噪聲及其抑制

 

3.1環境乾擾噪聲

 

3.1.1乾擾噪聲源

 

3.1.2乾擾噪聲的頻譜分佈

 

3.2乾擾耦合途徑

 

3.2.1傳導耦合

 

3.2.2電場耦合

 

3.2.3磁場耦合

 

3.2.4電磁輻射耦合

 

3.3屏蔽

 

3.3.1場傳播與波阻抗

 

3.3.2屏蔽層的吸收損耗

 

3.3.3屏蔽層的反射損耗

 

3.3.4屏蔽效果分析

 

3.4電纜屏蔽層接地

 

3.4.1電纜屏蔽層和芯線之間的耦合

 

3.4.2電纜屏蔽層接地抑制電場耦合噪聲

 

3.4.3電纜屏蔽層接地抑制磁場耦合噪聲

 

3.5電路接地

 

3.5.1電路的接地方式

 

3.5.2放大器輸入信號迴路接地

 

3.5.3防護屏蔽

 

3.6其他噪聲抑制技術

 

3.6.1隔離

 

3.6.2共模扼流圈

 

3.6.3信號線和電源線的抗乾擾措施

 

習題

 

第4章鎖定放大

 

4.1概述

 

4.2相敏檢測

 

4.2.1模擬乘法器型相敏檢測器

 

4.2.2電子開關型相敏檢測器

 

4.3鎖定放大器的組成與部件

 

4.3.1鎖定放大器的基本組成與部件

 

4.3.2正交矢量型鎖定放大器

 

4.3.3外差式鎖定放大器

 

4.4鎖定放大器的性能指標與動態協調

 

4.4.1鎖定放大器的主要性能指標

 

4.4.2動態範圍與動態協調

 

4.5鎖定放大器應用

 

4.5.1阻抗測量

 

4.5.2放大器噪聲系數測量

 

4.5.3其他應用

 

習題

 

第5章取樣積分與數字式平均

 

5.1取樣積分的基本原理

 

5.1.1線性門積分

 

5.1.2指數式門積分

 

5.2指數式門積分器分析

 

5.2.1取樣過程頻域分析

 

5.2.2指數式門積分器的輸出特性

 

5.2.3指數式門積分的信噪改善比

 

5.3取樣積分器的工作方式

 

5.3.1定點工作方式

 

5.3.2掃描工作方式

 

5.4取樣積分器的參數選擇及應用

 

5.4.1取樣積分器的參數選擇

 

5.4.2基線取樣與雙通道取樣積分器

 

5.4.3多點取樣積分器系統

 

5.4.4取樣積分器應用實例

 

5.5數字式平均

 

5.5.1數字式平均的原理及實現

 

5.5.2數字式平均的信噪改善比

 

5.5.3數字式平均的頻域分析

 

5.5.4數字式平均算法

 

習題

 

第6章相關檢測

 

6.1概述

 

6.2相關函數的實際運算及誤差分析

 

6.2.1相關函數的實際運算

 

6.2.2運算誤差分析

 

6.3相關函數算法及實現

 

6.3.1遞推算法

 

6.3.2繼電式相關算法

 

6.3.3極性相關算法

 

6.4相關函數峰點位置跟蹤

 

6.5相關檢測應用

 

6.5.1噪聲中信號的恢復

 

6.5.2延時測量

 

6.5.3泄漏檢測

 

6.5.4運動速度測量

 

6.5.5流速測量

 

6.5.6系統辨識

 

習題

 

第7章自適應噪聲抵消

 

7.1自適應噪聲抵消原理

 

7.1.1簡述

 

7.1.2基於最小MSE準則的自適應噪聲抵消原理

 

7.1.3自適應FIR維納濾波器

 

7.2最陡下降法

 

7.2.1最陡下降法的遞推公式

 

7.2.2最陡下降法的性能分析

 

7.3最小均方算法

 

7.3.1LMS算法的原理

 

7.3.2LMS算法的性能分析

 

7.4其他自適應算法

 

7.4.1歸一化LMS算法

 

7.4.2LMS符號算法

 

7.5卡爾曼濾波

 

7.5.1標量信號的卡爾曼濾波

 

7.5.2向量信號的卡爾曼濾波

 

7.6自適應濾波器應用

 

7.6.1消除心電圖的工頻乾擾

 

7.6.2胎兒心電圖檢測

 

7.6.3渦街流量檢測中機械振動噪聲的抑制

 

7.6.4窄帶信號和寬帶信號的分離

 

習題

 

附錄

 

參考文獻