微弱信号检测技术练习思考题DOC
光电系统微弱信号检测技术及其改进思考
光电系统微弱信号检测技术及其改进思考
光电系统微弱信号检测技术是利用光学和电子技术相结合，对微弱信号进行精确测量和分析的一种技术。
它广泛应用于光电通信、光谱分析、光学成像等领域。
在光电系统微弱信号检测技术中，主要涉及以下几个方面的改进思考：
1. 提高光敏元件的灵敏度：可以通过改进光敏元件的结构设计，优化电荷转移效率、增加光电流增益等手段，使光敏元件对微弱信号的检测能力得到提升。
2. 降低噪声干扰：噪声是检测微弱信号时的主要干扰源。
可以通过优化光电系统的电路设计、选择低噪声元件、采用滤波技术等方法，降低噪声对微弱信号的影响。
3. 加强光学系统的效率：光学系统的效率直接影响到微弱信号的传输和接收。
可以通过改进光源的亮度、提高光学器件的透过率和反射率等手段，提高光学系统的效率，从而提升微弱信号的检测灵敏度。
4. 开发新的信号处理算法：传统的信号处理算法可能无法有效处理微弱信号的特点，可以考虑开发新的信号处理算法，针对微弱信号的特点进行优化，提高检测的准确性和可靠性。
总而言之，光电系统微弱信号检测技术的改进思考包括提高光敏元件的灵敏度、降低噪声干扰、加强光学系统的效率以及开发新的信号处理算法等方面。
这些改进措施的综合应用有助于提升微弱信号检测技术的性能和可靠性。
微弱信号检测作业
H( j)
R1C1
1 R1C1 2 1 R2C2 2
当ω=0 时，电路的增益 A0=1
2
等效噪声带宽 Be 0 1
R1C1
R1C12 1
R2C2 2
d
1
1
C2 R2 C1R1
2
1 4C2 R2
1
1 (RC)2
当ω=0 时，电路的直流增益 A0=1 等效噪声带宽
Be
0
1
2 d
(rad / s )
1 (RC)2
2RC
令幅频响应函数 H ()
1 2
计算出电路的-3dB
带宽
B0
1 RC
(rad
/
s)
(5)求二阶带通滤波器的噪声带宽，其中 R1C1>R2C2。
RY
( )
N0 4RC
e
RC
由式
Px
1 2
Sx
( )d
得
y
的功率
PY
1 2
SY
( )d
N0 4
1
1 ( RC)
2
d
令
RC
N0 4 RC
1
1
2
d
N0 4 RC
已知电路的幅频响应函数为
H ( j)
T0
T0
E( A2 ) 1
T0
T0 2 cos 2 t
T0 2
T0
微弱信号检测作业
Vs1
2 sin 2 480t ,
V2
Vs 2 0.5 2 sin 2 500t ,
Vs 3 0.8 2 sin 2 510t
Vi
二、反相放大电路
这是一个实现2倍 放大的反相放大电路， 对其进行理论分析可 知：
R2 2kΩ VEE R1
5 7
VO 1 2 VI 10 2 sin 2 50t
所能描述的波形，而是峰值电压大约为18V，主要频 率为50Hz，并且含有其他频率成分。从波形曲线来看， 可以考虑这一信号含有频率大于50Hz的噪声信号，要想 知道噪声的频谱范围，可以用虚拟频谱分析仪对其进行 观察。
VO1频谱分析结果
一、输入信号
Vi 5 2 sin 2 50t ； 在软件电路中人为的加入 以下噪声信号（实际是未知 信号）：
假设输入信号为
VI V3 0.8 Vrms 510 Hz 0° 1 Vrms 480 Hz 0° 0.5 Vrms 500 Hz 0° 5 Vrms 50 Hz 0°
V1
从频谱图上可以看出，VO1除了含有中心频率 为50Hz的信号外，还含有频率为500Hz左右 的高频信号。
三、滤波电路设计
随着电子技术的飞速发展，现在已经出现 了许多滤波器设计软件，这里采用了Filter Solutions 10.0滤波设计软件。 由于有效信号的中心频率为50Hz，噪声信号 的频率在500Hz左右，因此可以用低通滤波器加 以滤波。为了了解一阶滤波器和二阶滤波器的滤 波效果，这里对其加以了验证，滤波器的通带截 止频率均设置为80Hz，采用高斯型低通滤波器， 图像显示的最大频率为600Hz，电阻大小为1K欧 姆。
一阶滤波器的实现
一阶滤波器的实现
微弱信号检测试卷
山东科技大学2012—2013学年第二学期
研究生课程《微弱信号检测》考试试卷
班级姓名学号
1、试述微弱信号检测技术的特点。
（１０分）
２、试述放大器的噪声源有哪些？（１０分）
３、用三个放大器串级联接来放大微小信号，其功率增益和噪声系数如下表：
如何联接才能使总的噪声系数最小？（１０分）
4、如果放大器输入信号回路有多个接地点，则接地点之间的电位差就有可能耦合到信号回路，形成噪声，试举出一种消除这种噪声的方法，并简述其消噪原理。
（１０分）
５、试述锁定放大器的工作原理。
（１０分）
６、试述取样积分的基本原理。
（１０分）
７、试举一个相关检测的应用实例，并简述其采取的方法。
（２０分）
８、试述自适应噪声抵消的原理，除了维纳滤波、卡尔曼滤波之外，你还知道哪一些自适应滤波，试举出其中的一种，并简述之。
（２０分）
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微弱信号检测第1章
被测低频信号：Vs(t)=cosωst
ωc/ωs > 20
Vm(t)=Vs(t).×Vc(t)= cos ωst cos ωct
=0.5cos(ωc+ωs)t+0.5cos(ωc-ωs)t
解调过程：Vd(t)= A Vm(t) × Vc(t) 经 LPF，得放大了的被测信号：
A为交流放大倍数
= 0.25 A [cos(2ωc+ωs)t+ cos(2ωc-ωs)t+2 cos ωst]
1. 自功率谱密度函数
x(t)的功率为Px，在角频率ω与ω+Uω之间的功率为UPx，功率谱密度函数定义为
S x (ω ) = Lim
∆ω → 0
∆Px ∆ω
它反映的是噪声功率在不同频率点上分布的情况。
清华大学自动化系 6
《微弱信号检测》第 1 章
根据维纳-辛钦（Wiener-Khinchin）定理： Sx(ω)特点：
+3σx
（二）泊松分布 （三）均匀分布
-3σx
t (ms)
1.3.2 随机噪声的均值、方差和均方值
1． 均值µx
µx = E[x(t)] = ∫ x(t) p(x)dx
−∞
∞
（1-15）
对于各态遍历的平稳随机噪声，其统计平均可以用时间平均来计算，即
µx = Lim
T →∞
1 T x(t )dt 2T ∫−T
p(x,y)= p(x) p(y)
而当上式成立时，x 与 y 必定相互独立，而且 3．归一化相关函数 （1）归一化自相关函数： 根据Rx(0)≥Rx(τ)，可知–1 ≤ ρx(τ) ≤ +1。 （2）归一化互相关函数：
E[xy]= E[x] E[y]。
CH15微弱信号检测含答案传感器与检测技术第2版习题及解答
第15章微弱信号检测一、单项选择题1、噪声是一种（）A、离散型随机变量B、连续型随机变量C、离散型确定变量D、连续型确定变量2、锁相放大器具有极强的抑制噪声的能力。
锁相放大器是一种利用( )设计的同步相干检测仪A、互相关原理B、自相关原理C、弱相关原理D、强相关原理二、多项选择题1、微弱信号检测的目的是（）A、从噪声中提取出有用信号B、提取小信号C、用一些新技术和新方法来提高检测系统输入输出信号的信噪比D、发现噪声2、以下说法正确的是（）A、电子线路的噪声大都是一种平稳随机过程；B、互相关与几个噪声同时形成干扰有关；C、自相关是随机平稳过程的一个重要特征；D、绝大多数噪声是相互独立的。
3、相关检测分为（）两种情形A、自相关检测B、互相关检测C、弱相关检测D、强相关检测4、以下利用了同步积累法制作的是（）A、同步积分器B、取样积分器C、数字多点平均器D、锁相放大器三、填空题1、微弱信号是相对背景噪声而言，其的一类信号。
2、微弱信号检测的任务是采用电子学、信息论、计算机及物理学、数学的方法，分析，研究被测信号的特点与相关性，对被噪声淹没的微弱有用信号进行。
3、所谓相关检测就是利用的特点，通过的计算，达到从噪声中检测出微弱信号目的的一种技术。
4、同步积累法利用了信号的和噪声的。
四、简答题1、简述自相关检测的原理。
2、简述互相关检测的原理。
3、简述相干检测的原理。
4、什么是微弱信号检测？5、微弱信号检测的目的是什么？6、什么是噪声？7、简述锁相放大器的组成与工作原理。
8、同步积分器、取样积分器、数字多点平均器各自适用的条件是什么？第15章 微弱信号检测一、单项选择题二、多项选择题三、填空题四、简答题1、答：实现自相关检测的原理如图A.8所示。
图A.8 自相关检测原理框图设输入信号()x t 由被测信号()s t 和噪声()n t 组成，即：()()()x t s t n t =+。
()x t 同时输入到相关接收机的两个通道，其中一个通过延时器使其延迟一段时间τ。
第5章 微弱光信号检测技术
Rxy(τ)=Rsy(τ)
(5.5 - 12)
第5章 微弱光信号检测技术
上式表明， 最后输出的信号只保留与参考信号y(t-τ) 相关的信号部分， 噪声却被完全抑制掉了。 但在实际测 量中， 由于测量时间有限， 对短时间的互相关函数
Rxy()
1 T
T
x(t)y(t )dt
0
Rsy()Rny()
(5.5 - 13)
SNRo max
2E No
(5.2 - 12)
第5章 微弱光信号检测技术
5.3 最大后验估值
利用概率论的贝叶斯公式， 条件概率密度可表示成
P(|y)P(y|)P()
P(y)
(5.3 - 1)
logP (y|)logP ()0 (5.3 - 2)
第5章 微弱光信号检测技术
工程上常提出近似的估值器形式， 一旦找到适当 的估值器形式， 就可由它的偏差和方差对估值器的性 质做出评价。 设估值器输出为H(y)， 则偏差
n
P(y/)P(yi /)
i1
(5.4 - 1)
第5章 微弱光信号检测技术
P(y|)|ˆm ax
(5.4 - 2)
为了找到最大似然估值 ˆ ， 应当求解方程
P( y |) 0
或求解它的对数似然方程
(5.4 - 3)
[logP(y|)]0
(5.4 - 4)
第5章 微弱光信号检测技术
5.5 相关检测原理
5.5.1 相关函数 相关函数分为自相关函数和互相关函数。
1. 自相关函数 自相关函数Rxx(τ)是度量一个变化量或随机过程在t 和t-τ两个时刻线性相关的统计参量， 它是t和t-τ两点间 的时间间隔τ的函数， 其定义为
微弱信号检测装置(国科大电子电路大作业)要点
目录摘要 (1)Abstract (1)第一章绪论 (2)1.1 微弱信号检测技术概述 (2)1.2 信号检测的方法及微弱信号的特点 (2)1.2.1 常规小信号的检测方法 (2)1.2.2 微弱信号的检测方法 (4)1.2.3 微弱信号的特点 (4)1.3 本文的主要工作 (5)第二章微弱信号检测装置设计方案选择与论证 (6)2.1 方案选择与论证 (6)2.1.1 系统方案的确定 (6)2.1.2移相网络设计 (9)2.2总体方案论述 (9)第三章基于锁相放大的微弱信号检测装置设计 (10)3.1 锁相放大器原理 (10)3.2 移相网络 (10)3.3 相敏检波器原理分析 (11)3.4 电路设计 (12)3.4.1加法器 (12)3.4.2纯电阻分压网络 (12)3.4.3前级放大电路模块 (13)3.4.4带通滤波器 (13)3.4.5相敏检波器 (13)第四章仿真分析与程序设计 (16)4.1 仿真分析 (16)4.1.1 输入信号波形（前置两级放大电路输入波形） (16)4.1.2 经过前置放大电路和带通滤波器后输出波形 (16)4.1.3 参考信号输入输出波形 (17)4.1.4 LM311过零比较器输出波形 (18)4.1.5 开关乘法器输出波形 (18)4.1.6 低通滤波输出波形 (19)4.2 程序设计 (20)第五章实物展示与测试方案及结果 (21)5.1 实物展示 (21)5.2 测试方案与测试结果 (21)5.2.1 测试仪器 (21)5.2.2 测试方案 (21)5.3测试结果及分析 (23)5.4 总结 (23)微弱信号检测装置摘要本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。
该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路和显示电路组成。
其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号，微弱信号检测电路和显示电路完成微小信号的检测和显示在液晶屏上。
微弱信号检测——实验一
实验一相关器的特性研究一、实验目的：(1) 了解相关器的原理(2) 测量相关器的输出特性(3) 测量相关器的抑制干扰能力和抑制白噪声能力二、基本原理：相关器由相敏检波器与低通滤波器组成，是锁定放大器的核心部件。
锁定放大器中的相关器，通常采用图1所示的形式，由一个开关式乘法器与低通滤器组成。
)sin(ϕω+=t v V A A )sin(ϕω+=t v V A A )3sin 1(sin 4 ++=t t V ωω相乘电路不是采用模拟乘法器，而是采用开关电路。
参考信号V B可以认为是以频率ωR的单位幅度方波。
V A为输入信号，表示为V A=V A sin(ωt+φ)，当ω= ωR为信号，ω≠ ωR 时为噪声或干扰。
V A、V B之间的相位差φ可以由锁定放大器参考通道的相移电路调节，求得图1中V1和Vo为：V1=V A V B当ω= ωR时。
图1各点的波形如图2所示(注：图1中低通滤波器为反相输入，因此，输出直流电压与V1反号，图2中为了更直观起见，画的低通滤波器不倒相。
V0与V1中的直流分量同号)。
对(2)式讨论有下列结论：输出直流电压与相位φ成cos φ关系。
(图2中给出了0、90、180、270、V A、V B、V1、V0波形图)。
C．奇次谐波能通过并抑制偶次谐波，传输函数和方波的频谱一样，说明相关器是以参考信号频率为参数的方波匹配滤波器。
因此，能在噪声中或干扰中检测和参考信号频率相同的方波或正弦波信号。
输出V0与f／f R响应曲线如图3所示。
曲线表明在f R的各奇次谐波的向应为基波的1/(2n+1)离开奇次谐波频率很快衰减，形成Q值很高的带通滤波器。
D．如果输入信号为一恒定和参考方波频率相同的方波信号，则相关器为相敏检波器，输出的直流电压和信号与参考信号两者的相位差成线性关系。
如图4所示，可以作鉴相器使用。
E．等效噪声带宽式中T为低通滤波器的时间常数。
三、相关器框图，电原理图相关器实验插件盒的相关器电原理框图如图5所示。
微弱信号检测练习题及答案
微弱信号检测练习题及答案微弱信号检测是一项重要的技能，对于许多领域都有着重要的应用。
无论是在科学研究中探测微小的信号，还是在工程领域中追踪和分析微弱的信号，都需要具备一定的技巧和方法。
本文将为大家提供一些微弱信号检测的练习题及答案，帮助读者加深对这一技能的理解和掌握。
练习题一：假设你正在进行一项实验，需要检测一个微弱的声音信号。
你使用了一台麦克风来接收声音信号，并将其转化为电信号。
然后，你将电信号输入到一个放大器中进行放大。
最后，你使用一个耳机来听取放大后的信号。
请问，在这个实验中，哪个环节对微弱信号的检测至关重要？答案一：在这个实验中，放大器是对微弱信号检测至关重要的环节。
由于微弱信号的幅度很小，直接进行分析和处理是非常困难的。
因此，我们需要通过放大器将微弱信号的幅度增加到可以被人耳听到的程度。
只有经过放大器的处理，我们才能更好地分析和理解微弱信号的特性和内容。
练习题二：假设你正在使用一台望远镜观测夜空中的微弱光信号。
你使用了一块高灵敏度的光电探测器来接收光信号，并将其转化为电信号。
然后，你将电信号输入到一个信号处理器中进行处理和分析。
请问，在这个实验中，哪个环节对微弱信号的检测至关重要？答案二：在这个实验中，光电探测器是对微弱信号检测至关重要的环节。
由于微弱光信号的强度很小，直接进行观测和分析是非常困难的。
因此，我们需要使用高灵敏度的光电探测器来将光信号转化为电信号。
只有经过光电探测器的转换，我们才能更好地分析和理解微弱光信号的特性和内容。
练习题三：假设你正在进行一项实验，需要检测一个微弱的电信号。
你使用了一根导线来接收电信号，并将其输入到一个信号处理电路中进行处理。
然后，你使用示波器来观测处理后的信号。
请问，在这个实验中，哪个环节对微弱信号的检测至关重要？答案三：在这个实验中，信号处理电路是对微弱信号检测至关重要的环节。
由于微弱电信号的幅度很小，直接进行观测和分析是非常困难的。
因此，我们需要使用信号处理电路来对电信号进行放大和处理。
《微弱信号检测》
S/N << 1 －－微弱信号（微弱光电信号）
整理ppt
3
微弱信号检测定义：利用电子学、信息论 和物理学的方法，分析噪声产生的规律找 到抑制的方法；研究被测信号的特点和相 干性，检测被背景噪声淹没的弱信号。
微弱信号检测是测量技术中的尖端和综合 领域，可划归“低噪声电子学”。
整理ppt
4
二 . 微弱信号检测的途径
噪声是一种平稳随机信号； 噪声一般采用长周期测定其均方值(即噪声功率)的方法，通 常采用先计算噪声电压(电流)的平方值，然后将其对时间作 平均，来求噪声电压(电流)的均方值，即：
u i Un 2
lim 1 T T
T 0
2(t)d t或
n
in2
lim1 TT
T 0
2(t)dt
n
表示噪声电压(电流)消耗在1Ω电阻上的
利用时域中周期信号的相关性而噪声的随机、不相关性（或弱 相关性），通过求取信号的自相关函数或互相关函数，在强噪声背 景下提取周期信号的“相关检测”。这相当于在频率中窄带化滤除 干扰和噪声。特别适用窄带信号。例如锁定放大器。
2．平均积累处理
对于一些宽带周期信号应用上述方法处理效果不佳，一种根据 时域特征用取样平均来改善信噪比并能恢复波形的取样积分器可获 得良好探测效果。其基本原理是对于任何重复的（周期性）信号波 形，每周期如在固定的取样间隔内取样m次积累则信噪比改善。因 为“信号电压幅值为线性叠加”（有规律的周期信号）而“噪声功 率为矢量相加”（无规律的随机信号）。
fin A v 2(f)d f
0
V
2 so
是系统的功率增益，我们可以取中频区最大值，即
V
2 si
所以：
SNIRAv2(f0)
《传感器与检测技术(第2版)》参考答案第15章 微弱信号检测
第15章 微弱信号检测一、单项选择题二、多项选择题三、填空题四、简答题1、答：实现自相关检测的原理如图A.8所示。
()ss τ图A.8 自相关检测原理框图设输入信号()x t 由被测信号()s t 和噪声()n t 组成，即：()()()x t s t n t =+。
()x t 同时输入到相关接收机的两个通道，其中一个通过延时器使其延迟一段时间τ。
经过延迟的()x t τ-和没有经过延迟的()x t 均送入乘法器中，乘法器输出的乘积经积分器积分后输出平均值，从而得到相关函数曲线上一点的相关值。
如果改变延迟时间τ，重复前述计算就能得到相关函数()R τ与τ的关系曲线，即得到自相关输出为：()()()()()()()1lim2Txx sssnnsnnTT R x t x t dt R R R R Tττττττ-→∞=-=+++⎰根据互相关函数的性质，信号()s t 与噪声()n t 不相关，且噪声的平均值应为0，于是有：()0sn R τ=，()0ns R τ=。
且随着τ的增大，()0nn R τ→，即对于足够大的τ，可得()()xx ss R R ττ=。
这样，就得到了信号()s t 的自相关函数()xx R τ，它包含着()s t 的信息，从而可检测出有用信号。
知识点：相关检测法2、答：实现互相关检测的原理如图A.9所示。
()xy τ图A.9 互相关检测原理框图输入信号为两路：()()()x t s t n t =+为被检测信号()s t 中混入了观察噪声()n t ，()y t 为已知参考信号，要求与被测信号相关（如同频），而与噪声无相关性。
输入经延时、相乘、积分及平均运算后，得到互相关输出为：()()()()()1lim2Txy synyTT R x t y t dt R R Tττττ-→∞=-=+⎰由于参考信号()y t 与信号()s t 有某种相关性，而()y t 与噪声()n t 没有相关性，且噪声的平均值为0，只要T 足够长，一定有()0ny R τ=，则：()()xy sy R R ττ=()xy R τ中包含了信号()s t 的信息，这样，就可实现对待测信号()s t 的检测。
微弱信号检测课后习题讲解共17页文档
• 结合防护屏蔽的知识，了解一种高阻抗传 感器（例如：电容传感器，压电传感器等） 常用的电缆驱动原理，解决传感器长线传 输的问题。
上图说明 传输线上设双层屏蔽，内层屏蔽与芯线间以一个1:1放大器 耦合，外层屏蔽接地，信号最终输入一个运放。
• 噪声中恢复信号用相关法和用数字式平均 法相比较，有何相同之处，又有何区别？
相同处:
两者都可以提高SNR，基于的基本思想都是信号是确 定性的，噪声是随机的,且相加运算的次数越多，SNR越 大（SNR正比于）。
不同处: 1）适用信号特性不同； 2）提取信号的特征不同； 3）利用信号的特点不同。 4）取样的方法不同。
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
课后习题讲解
2019年12月
• 如何使放大器噪声特性最佳？
1）有源器件的选择，信号源输出电阻与放大器的最佳源电阻相等
时，电路的噪声系数最小，为 小的器件i N 并考虑工作频率；
Fmin
1eNiN 。所以放大器最好选择e 2k T
5）采用有源器件并联法，降低电路最佳源内阻，使电路与较小的 信号源内阻匹配，而不采用调整工作点法。
• 如何正确选用现成的集成放大器实现低噪 声放大？
要实现低噪声放大首先应选择eN、iN较小的集成 运放，以保证Fmin足够小；并根据输入信号的频 段和源电阻选择合适的型号，保证NF等值图中在 相应频率和源电阻下取到Fmin。
N
、
2）设置合理的偏置电路，减小偏置电路中的噪声；
3）选择合理的直流工作点，一般每个不同的信号源内阻 R s对应一 个 I C 值使噪声系数最小； 4）但是事实上，单独调整工作点不一定能使电路的噪声性能达到 最佳；对于一些源内阻很大或很小的器件，源内阻匹配就很困难。
微弱信号检测技术 第一讲概述
• 由于窄带滤波器只让噪声功率的很小一 部分通过．而滤掉了大部分噪声功率，由 此而得到了高信噪比。
窄带滤波法特性
• 窄带滤波器可以用来作周期信号的 复现，以及持续时间较长的单次信号 的存在与否的检测。主要实现方式： 双T选频、LC调谐、晶体窄带等，但 其带宽与锁定放大器．取样积分器等 比较起来相对仍嫌宽，故一般只用在 噪声特性要求不高的场合。
微弱信号检测技术 Weak Signal Detection
Technology
第一讲 概论
1.0 微弱信号检测技术的内涵
• 1、 内容 • 微弱信号检测技术是一门新兴的技术学
科，是利用电子学、信息论和物理的方法， 分析噪声产生的原理和规律，研 究淹没在噪声背景下的被测信号的特点与 相关性，检测被测信号，得到被测信号的 特性。
• ②来自检测系统内部——常称之为“噪声”——任 何实际系统都将引入噪声——存在于电路内部的一 种固有扰动信号，它是由于组成电路的器材材料的 物理性质及温度等原因引起的电荷载流子运动发生 不规则变化而产生的。
1.2.3 外部噪声特性
• 耦合途径 电源耦合，电场耦合，磁场耦合，电磁辐射耦
合，传导耦合，共地耦合等等。
• 4、均方值
•
均方值表示随机噪声瞬时取值平方的数学期
望值，反映的是随机噪声的功率。
x2 E[x2 (t)] x2 (t) p(x)dx
x2 lim 1 T x2 (t)dt T 2T T
• 5、相关函数
• 均值、均方值和方差描述的是一维随机 变量的统计特性，不能反映不同时刻各数 值之间的相互关系。例如，随机信号x(t) 分 别在t1，t2时刻的随机取值x(t1)，x(t2) 之间的 关联程度如何？同样，两个随机信号x(t)和 y(t)数值之间的关联程度如何？这依靠相关 函数来解答。
微弱信号检测思考题
微 弱信号检测
第三章
1、取样积分器是采用的是什么原理？由几部分组成？各部 分的功能及要求如何？
2、线性门积分和指数式门积分各有何特点？在使用时如何 选择？如何从它的传递特性来理解其抗噪声特性及波形恢复 能力？分析信噪比改善的关系式。 3、简述几种典型的取样积分器工作原理及特点。 4、取样门宽Tg，时基宽度TB，慢扫描时间TS及积分时间常 数TC之间的关系，如何选择参数？ 5、设有一高速脉冲(前、后沿小于2～3ns，重复频率为 1MHZ)淹没在噪声中，其输入信噪比为0.1，要求恢复出的 输出信号波形信噪比优于10，试用BOXCAR检测，计算出测 试6、参数数字。式平均的工作原理？有何特点？信噪比改善如何？
微 弱信号检测
绪论及第一章
1、噪声与干扰的基本概念，对检测系统有何影响？
2、随机噪声瞬时幅度分布与功率谱密度分布对放大器设计 有何指导意义？
3、等效噪声带宽与信号带宽的物理意义？对评价一个检测 系统的抗噪声性能有何指导作用？ 4、无源元件、有源器件的噪声特性及选择元件的原则？ 5、低噪声放大器设计中有哪几个重要环节？关键是哪一级？ 如何使放大器噪声特性最佳？ 6、如何正确使用低噪声前置放大器？ 7、系统的接地与屏蔽主要有哪几种？各有何特点？如何来 正确处理系统的接地与屏蔽问题？如何避免微弱信号检测中 地回路电流的影响？
微 弱信号检测
第四章
1、相关检测理论基础是什么？主源自由哪几部分组成？各部 分起什么功能？ 2、相关函数估计值的信噪比的计算；说明相关检测和积分 时间的关系。
3、简述几种典型相关函数算法及其实现方法。 4、说明相关检测在泄露检测中的应用？
微 弱信号检测
第二章
1、锁定放大器是采用什么原理设计的？由几部分组成？各 部分的功能及要求如何？
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《微弱信号检测技术》练习题1、证明下列式子：（1）R xx(τ)=R xx(-τ)（2）∣ R xx(τ)∣≤R xx(0)（3）R xy(-τ)=R yx(τ)（4）| R xy(τ)|≤[R xx(0)R yy(0)]2、设x(t)是雷达的发射信号，遇目标后返回接收机的微弱信号是αx(t-τo)，其中α«1，τo是信号返回的时间。
但实际接收机接收的全信号为y(t)= αx(t-τo)+n(t)。
（1）若x(t)和y(t)是联合平稳随机过程，求Rxy(τ)；（2）在（1）条件下，假设噪声分量n(t)的均值为零且与x(t)独立，求Rxy(τ)。
3、已知某一放大器的噪声模型如图所示，工作频率f o=10KHz，其中E n=1μV，I n=2nA，γ=0，源通过电容C与之耦合。
请问：（1）作为低噪声放大器，对源有何要求？（2）为达到低噪声目的，C为多少？4、如图所示，其中F1=2dB，K p1=12dB，F2=6dB，K p2=10dB，且K p1、K p2与频率无关，B=3KHz，工作在To=290K，求总噪声系数和总输出噪声功率。
5、已知某一LIA的FS=10nV，满刻度指示为1V，每小时的直流输出电平漂移为5⨯10-4FS；对白噪声信号和不相干信号的过载电平分别为100FS和1000FS。
若不考虑前置BPF的作用，分别求在对上述两种信号情况下的Ds、Do和Di。
6、下图是差分放大器的噪声等效模型，试分析总的输出噪声功率。
7、下图是结型场效应管的噪声等效电路，试分析它的En-In模型。
8、R1和R2为导线电阻，R s为信号源内阻，R G为地线电阻，R i为放大器输入电阻，试分析干扰电压u G在放大器的输入端产生的噪声。
9、如图所示窄带测试系统，工作频率f o=10KHz，放大器噪声模型中的E n=μV，I n=2nA，γ=0，源阻抗中R s=50Ω，C s=5μF。
请设法进行噪声匹配。
(有多种答案)10、如图所示为电子开关形式的PSD，当后接RC低通滤波器时，构成了锁定放大器的相关器。
K为电子开关，由参考通道输出Vr的方波脉冲控制：若Vr正半周时，K接向A；若Vr 负半周时，K接向B。
请说明其相敏检波的工作原理，并画出下列图(b)、(c)和(d)所示的已知Vs和Vr波形条件下的Vo和V d的波形图。
11、某信号处理系统的灵敏度(即最小可检测电压)∆V min=2μV，等效输入噪声电压方差E2=4mV，求：（1）当要求SNIR=1000时，最小的输出信噪比(S/N)out；（2）当要求(S/N)out ≥20dB时，对应的输入信号电压V min。
12 写出对晶体三极管无噪声化过程的步骤。
13 GaAs−MESFET 主要有下列噪声源：（1）沟道热噪声；（2）栅极散粒噪声；（3）1/f噪声；（4）极间感应噪声。
画出“无噪声化”的GaAs−MESFET噪声模型。
14 一低噪声放大器，在工作频段的噪声为：E n=10-8V/√Hz，I n=10-13A/√Hz，信号源的内阻Rs=10Ω，如果采用变压器匹配，匝变比n=100，试说明匹配后放大器的噪声性能改善程度。
15 利用扫描型Boxcar平均器的Ts表达式，证明对于数字迭加系统的测量时间为Ts=nT，其中T为信号周期，n为信号的测量次数。
16 思考题（1）取样积分与锁定放大有何区别？（2）Boxcar定点型和扫描型的参数有何区别？（3）白噪声是一种什么噪声？（4）1/f噪声、散粒噪声和热噪声是怎样产生的？如何表示？（5）噪声系数如何定义？与SNIR成倒数关系吗？（6）放大器的噪声模型如何表示？等效输入噪声是什么？（7）什么叫最佳源电阻？什么叫噪声匹配？（8）噪声系数与最小噪声系数有何关系？（9）放大器的窄带噪声与宽带噪声有何区别和联系？（10）什么是等效噪声带宽？几何意义是什么？（11）求E n—I n模型及计算R sopt，F min时，一般可采用哪几种方法？(简要说明每一种方法的思路)（12）什么是电磁干扰的三要素。
17 对于下图，R IN的值要有什么样的限制，才能使感应到放大器的噪声小于信号电压Vs的0.1%。
题17图18、如下图，信号源到地端有200pF的分布电容，如果两接地点间的噪声电压为：（1）60Hz，100mV；（2）6000Hz，100mV；试求出放大器感应到的噪声电压。
题18图19、下图为一典型的电磁滤波器，请指出滤波器的哪些元器件的功能属于共模滤波器，哪些元器件的功能属于差模滤波器？题19图典型电磁干扰滤波器20、如下图，若导体1与导体2的分布电容为50pF，而各导体对地的分布电容为150pF，导体有200kHz，10V的交流信号，如果R T为(1)无限大阻抗；(2)1000欧姆的阻抗；(3)100欧姆的阻抗；试求导体2感应到的噪声为多少？题20图21、如下图，导体2外面有一接地的屏蔽体。
导体2与屏蔽体间的电容为100pF。
导体2与导体1间的容量为1 pF，而导体2与接地的电容为5pF。
导体1上有100kHz,10V的交流信号，若RT为(1)无限大阻抗；(2)1000欧姆的阻抗；(3)50欧姆的阻抗；试求导体2感应到的噪声为多少？题21图微弱信号检测技术习题(2006.3)1 某信号处理系统的灵敏度（即最小可检测电压）∆V min=2μv，等效输入噪声电压均方差E=4mv，求：（1）当要求SNIR=1000时，最小的输出信噪比（S/N）out；（2）当要求（S/N）out≥20dB时，对应的输入信号电压V min。
2 随机过程X(t)和Y(t)单独和联合平稳，并且m x=E{X(t)}，m y=E{Y(t)}，求：（1） Z(t)=X(t)+Y(t)的自相关函数；（2） 当X （t ）与Y(t)不相关时，Z(t)的自相关函数；（3） 当X （t ）与Y(t)不相关且均为零均值时，Z(t)的自相关函数。
3 设平稳随机过程X(t)是周期为T 的周期函数，即：X(t)=X(t+T)，证明R xx (τ)=R xx (τ+T)。
4 设X(t)是雷达的发射信号，遇目标后返回接收机的微弱信号是αX(t-τo )，其中α«1，τo 是信号返回的时间。
但实际接收机接收的全信号为Y(t)= αX(t-τo )+N(t)。
（3） 若X(t)和Y(t)是联合平稳随机过程，求Rxy(τ)；（4） 在（1）条件下，假设噪声分量N(t)的均值为零且与X(t)独立，求Rxy(τ)。
（这是利用互相关函数从全信号中检测小信号的相关接收法。
）5 广义平稳随机过程的条件是什么？如果过程是各态历经的，能否满足上述条件？6 证明下列式子： （5） R xx (τ)=R xx (-τ) （6） ∣ R xx (τ)∣≤R xx (0) （7） R xy (-τ)=R yx (τ) （8） | R xy (τ)|≤[R xx (0)R yy (0)]7 填充（1）R xx (0)表示信号X(t)的 。
（2）R xx (∝)表示信号X(t)的 。
（3）当X(t)的均值为零时，R xx (0)等于信号X(t)的 。
（4）相关检测适用于 信号的检测。
（5）当 时， R nn (τ)→0。
（6）自相关检测得到的是信号的 ， 而不是信号的 。
（7）一般来说，R ss (τ)波形 S i (t)，只是以某种特定的方式 S i (t)。
（8）互相关检测抑制噪声的能力比自相关检测 。
（9）相关器的带通中心频率与电路本身元件参数 ，带宽与电路本身元件参数 。
（10）从频域上讲，相关检测等效于 。
8 如图所示为电子开关形式的PSD ，当后接RC 低通滤波器时，构成了锁定放大器的相关器。
K 为电子开关，由参考通道输出V r 的方波脉冲控制：若V r 正半周时，K 接向A ；若V r 负半周时，K 接向B 。
请说明其相敏检波的工作原理，并画出下列图(a)、(b)和(c)所示的已知V s 和V r 波形条件下的V o 和V d 的波形图。
9 已知某一LIA 的FS=10nV ，满刻度指示为1V ，每小时的直流输出电平漂移为5⨯10-4FS；对白噪声信号和不相干信号的过载电平分别为100FS和1000FS。
若不考虑前置BPF的作用，分别求在对上述两种信号情况下的Ds 、Do和Di。
10如图为某一Boxcar积分器工作原理图，对于被噪声污染的周期信号，求当已知输入信号波形V in（为明了，未画出噪声干扰），参考信号V r时，其中，T d=2ms，T g=0.5ms，画出输出波形，并求：（1）如果测量时间为3S，则SNIR为多少（先不考虑RC）？（2）如果V in被噪声污染，噪声的均方根值为10mV，则测量1S时间，（S/N）out=?（3）当R=10KΩ时，要求SNIR不变（与（1）相同），则C=？11如图所示的被测信号（为明了，未画出噪声干扰），采用Boxcar扫描型测量，要求SNIR=100，δ≥99%，采用T g=200μS取样，求：（1）确定参数T B及T S＇；（2）当R=1MΩ时，C为多少？（3）为了满足上述选定的SNIR，则最小的慢扫描时间为多少？12选择题（1）提高SNIR，意味着。
A 提高放大器增益B 延长测量时间C 改变信号周期D 增大输入信号（2）对于Boxcar平均器，提高SNIR，即要求。
A 增大RC参数B 延长测量时间C 改变信号周期D 提高放大器增益（3）对于定点型Boxcar平均器，提高SNIR，即要求。
A 增大RC参数 B减小门控信号宽度 C提高放大器增益D （A）与（B）（4）对于Boxcar平均器，当RC参数确定后，则也确定。
A 精度δB SNIRC 测量时间D （A）、（B）与（C）（5）数字多点平均器的比扫描型Boxcar平均器。
A精度….高m倍 B SNIR…高m倍 C测量时间…少m倍 D (A)、（B）和（C）（6）锁定放大器的SNIR等于。
A n2B 4RCfC nD n （7）扫描型Boxcar平均器是以牺牲测量时间来获得。
A SNIR的提高B 波形恢复的不失真的提高C 增益的提高 D（A ）与（B ）（8）数字多点平均器的SNIR 一般正比于 。
A 一个信号周期内的取样数B （A ）的二次方根C 信号的周期数的测量次数D （C ）的二次方根 （9）对于LIA ，已知输入总动态范围D i ，则可检测的输入信号电平为 。
A MDS 至OVL 之间 B FS 至OVL 之间 C MDS 至FS 之间 D （A ）+（B ）+（C ）（10）数字多点平均器对被测信号经过100次周期取样，每次25个点的平均，则SNIR 为 。
A 100B 10C 25D 513利用扫描型Boxcar 平均器的T S 表达式，证明对于数字迭加系统的测量时间为T S =nT ，其中T 为信号周期，n 为信号的测量次数。