7光波的探测与解调2.ppt

1、1,光波的探测与解调2,2,热释电效应,热释电效应指的是某些晶体的电极化强度随温度变化而释放表面吸附的部分电荷。 基于该效应制成的光电转换器件有红外探测器，热电激光量热计，夜视仪以及各种光谱仪接收器等。,3,热释电探测器工作原理,器件吸收入射辐射功率产生温升，温升引起材料某种有赖于温度的参量的变化，检测该变化，可以探知辐射的存在和强弱。这一过程比较缓慢，因此一般热电探测器件的响应时间多为ms量级。 热释电器件相当于一个以热电晶体为电介质的平板电容器。入射辐射可引起电容器电容的变化，因此，可利用这一特性来探测变化的辐射。,对光辐射的转换过程： 第一步按系统的热力学特性来确定入射辐射所引起的温度升

2、高； 第二步探测器件因温升引起器件物理特性的变化而输出各种电信号。,4,热释电探测器的优缺点,优点： 光谱响应范围特别宽，从紫外到红外几乎都有相同的响应，光谱特性曲线近似为一条平线。 工作时无需制冷。 缺点：灵敏度低，响应时间较长。,5,热释电探测器使用注意,1)、比较理想的热探测器，其机械强度、响应灵敏度、响应速度都很高。 2)、只能测量变化的辐射，辐射恒定时无输出。 3)、输出是背景与热辐射体的温差，而不是热辐射体的实际温度。测温时，需先用辅助探测器测出背景温度。 4)、各种热释电材料都存在一个居里温度，使用范围小于居里温度。,6,居里温度,居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温

3、度。 低于居里温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里温度时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。如铁的居里温度是770, 铁硅合金的居里温度是690等。,利用这个特点，人们开发出了很多控制元件。例如，我们使用的电饭锅就利用了磁性材料的居里点的特性。在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105度的磁性材料。当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105度时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，

4、停止加热。,7,居里温度,8,被动式热释电红外探测器应用,被动式热释电红外探头的工作原理及特性： 在自然界，任何高于绝对温度（- 273度）时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。,在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为812um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外

5、探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。,另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。,9,被动式热释电红外探测器应用,人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的10微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外

6、感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。,1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10微米左右的红外辐射必须非常敏感。 2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 4)人一旦侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分

7、镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。 5)菲涅尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。,10,热释电摄像管,热释电摄像管 热释电也可制成探测器阵列，已有320240像敏元的热释电热成象系统上市，主要用于红外摄像机。 碲镉汞（CMT）器件 可以单元使用，也可以线阵或面阵使用，具有极高的灵敏度，已成功的应用在我国风云一号和风云二号卫星上。 但碲镉汞（CMT）器件使用时一定要制冷，一般采用半导体制冷。,11,光电信息转换集成器件,1)、位置传感器（PSD） 2)、电荷耦合器

8、（CCD）,12,位置传感器（PSD）,光电位置器件（PSD，Position Sensitive Detectors） 是一种对其感光面上入射光点位置敏感的光电器件。 即当入射光点落在器件感光面的不同位置时，PSD 将对应输出不同的电信号。通过对此输出电信号的处理，即可确定入射光点在 PSD 的位置。入射光点的强度和尺寸大小对 PSD 的位置输出信号均无关。PSD 的位置输出只与入射光点的“重心”位置有关。,13,当光束入射到PSD器件光敏层上距中心点的距,14,一维PSD工作原理,15,二维PSD工作原理,16,电荷耦合器（CCD）,随着集成电路技术的发展,二十年前贝尔实验室的W.S.Do

9、yle和G.Smith发明了电荷耦合器件(Charge-Coupled-Devices),缩写或简称CCD。 由于它具有结构简单，制造工序少，功耗低，信噪比好等优点，因而日益受到人们的重视，它的用途广泛，包括工业检测，数码相机，电视摄像等。,17,电荷耦合器（CCD）,组成： MOS 光敏元 移位寄存器 电荷转移栅,18,CCD,目前，CCD的种类有很多，其中面阵型CCD是主要应用在数码相机中。它是由许多单个感光二极管组成的阵列，整体呈正方形，然后像砌砖一样将这些感光二极管砌成阵列来组成可以输出一定解析度图像的CCD传感器。,19,CCD,CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作

10、方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 目前有能力生产 CCD 的公司分别为：SONY、Phillips、Kodak、Matsushita、Fuji、SANYO和Sharp，多半是日本厂商。,20,CCD成像原理,成像原理是使用感光二极管将光线转换为电荷，当数位相机的快门开启，来自影像的光线穿过这些马赛克色块会让感光点的二氧化硅材料释放出电子负电与空穴正电。经由外部加入电压，这些电子和空穴会

11、被转移到不同极性的另一个硅层暂存起来。电子数的多寡和曝光过程光点所接收的光量成正比。在一个影像最明亮的部位，可能有超过10万个电子被积存起来。,图 三片式彩色CCD摄像机结构框图,CCD成像原理,22,光电器件,(1) 外光电效应及其器件,外光电效应,特点：速度快-从光照射到释放电子时间不超过10-9秒。 需足够光能-光子能量 表面溢出功,原理：光 阴极 光电子 阳极 空间电子流外接电阻 压降U=f(I),原理：光 物体表面 光电子发射,光电管,应用：足够的光强，高速-光电开关,特点：简单，灵敏度低 （充入惰性气体气体轰击自由电子）,23,光电倍增管,原理：光 阴极 光电倍增极 阳极 电流,应

12、用：开关测量 光电开关 ，计数,(2) 内光电效应,原理：,光电导效应：,器件：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管,原理：光 电子-空穴对 导电性 电阻,光生伏特效应:,原理： 光PN结（无偏置） 电子N, 空穴P 电动势,器件：光电池 （硅，锗）,特点：光电流大，灵敏度高 倍增率=n , 单极倍增率 n倍增极数,光 半导体 电子吸收能量 跃迁 电子-空穴对,24,光敏电阻：,原理：电阻器件，加直流偏压，无极性 无光照-电子-空穴对很少-电阻大(暗电阻) 有光照-电子-空穴对增多-导电性增强,特点：灵敏度高，体积小，重量轻，性能稳定 批量生产，价格便宜,应用：工业自动化-开关元件，快速响应 家电

13、-(感应式节能灯：判断照度),特性：光照特性为非线性，光谱特性存在单峰，动态特性好,光照特性,结构：金属封装-防潮,光谱特性,动态特性,25,光敏二极管（光电二极管, PD: Photo-Diode）,原理： 半导体PN结- 无光时-高阻特性，微弱电流暗电流，A； 光照时-电子N,空穴P 光电流 光照愈强 - 光电流愈大,光照特性,光敏三极管（光电三极管, PT: Photo-Triode）,原理：光敏二极管（bc结）+ 三极管,应用：线性转换元件，开关元件，,特点：灵敏度高于光敏二极管，,特性：光照特性-灵敏度和线性好，光谱特性-单峰性,光谱特性,26,特性：光照特性-灵敏度高于光敏二极管，

14、线性好 光谱特性-单峰性 动态特性-响应速度低于光敏二极管,应用：线性转换元件，开关元件,高速光电二极管,PIN结光电二极管（PIN-PD） ： I-高电阻率的本征半导体 响应速度快，灵敏度高，线性好， 用于光通讯，光测量,光谱特性,动态特性,雪崩光电二极管： PN + P+ APD 响应速度快，灵敏度高，线性差， 用于光通讯脉冲编码,27,连接方式：开路电压输出-(a) 短路电流输出-(b),特性：光照特性-开路电压输出：非线性(电压-光强)，灵敏度高 短路电流输出：线性好(电流-光强) ，灵敏度低 光谱特性-硅电池：0.51.2m(红-红外)，峰值0.8 m(近红外) 锗电池：0.30.7

15、m(紫-红)，峰值0.5 m(绿),光电池,原理： 光PN结电子N, 空穴P 电动势 光电能光电池（硅电池：单晶硅）,特点：有源器件，轻便、简单、无污染，动态特性好（硅） 工作于可见光波段-太阳能电池,应用：宇航飞行仪器，仪表电源，便携仪表(计算器) - 开关测量（开路电压输出），线性检测（短路电流输出）,28,四象限光电池,位置敏感器件（PSD-Positional Sensing Device）,原理：光 光电二极管 空穴由N向P移动 空穴1端I1 空穴2端I2,说明：对于各种光电元件： （1）暗电流：无光照时输出电流 热噪声 （2）温度特性：温度 灵敏度、光谱特性 降温、恒温、温度补偿

16、（3）器件材料： 硅 好于 锗,原理：集成4光电池 - 四象限 光斑4分量I1 、I2 、I3 、I4 ；,应用：二维位置检测，准直,固态摄像器件：电荷耦合器件（Charge Coupled Device）- CCD,比值：,应用：位置检测(一维、二维),比值：,29,光电探测器,30,光子探测方法 光电探测器中的噪声,31,光子探测方法光电探测器中的噪声,依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、产生复合噪声、热噪声和低频噪声。 上述噪声是光电转换物理过程中固有的，是一种不可能人为消除的输出信号的起伏，是与器件密切相关的一个参量。 因为在光电转换过程中，半导体中的电子从价带

17、跃迁到导带，或者电子逸出材料表面等过程，都是一系列独立事件，是一种随机的过程。每一瞬间出现多少载流子是不确定的，所以随机的起伏将不可避免地与信号同时出现。尤其在信号较弱时，光电探测器的噪声会显著地影响信号探测的准确性。,32,无光照下，由于热激发作用，而随机地产生电子所造成的起伏（以光电子发射为例）。由于起伏单元是电子电荷量e，故称为散粒噪声，这种噪声存在于所有光电探测器中。 热激发散粒均方噪声电流为 其有效值为 相应的噪声电压为 如果探测器具有内增益M，则上式还应乘以M。 光电探测器是依靠内场把电子空穴对分开，空穴对电流贡献不大，主要是电子贡献。上两式也适用于光伏探测器。,光电探测器中的噪声

18、散粒噪声,33, 热噪声,电阻材料，即使在恒定的温度下，其内部的自由载流子数目及运动状态也是随机的，由此而构成无偏压下的起伏电动势。 这种由载流子的热运动引起的起伏就是电阻材料的热噪声，或称为约翰逊（Johnson）噪声。 热噪声是由导体或半导体中载流子随机热激发的波动而引起的。其大小与电阻的阻值、温度及工作带宽有关。,34, 热噪声,光电探测器本质上可用一个电流源来等价，这就意味着探测器有一个等效电阻R。 电阻中自由电子的随机热运动将引起电阻器R两端随机起伏的电压。,电阻R的热噪声电流为:,相应的热噪声电压为：,35, G-R噪声,对于光电导探测器，载流子热激发是电子空穴对。电子和空穴在运动

19、中，与光伏器件重要的不同点在于存在严重的复合过程，而复合过程本身也是随机的。 因此，不仅有载流子产生的起伏，而且还有载流子复合的起伏，这样就使起伏加倍，虽然本质也是散粒噪声，但为强调产生和复合两个因素，取名为产生复合散粒噪声，简称为产生复合噪声。,36, 1/f噪声,1/f 噪声又称为闪烁或低频噪声。 这种噪声是由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲。 几乎在所有探测器中都存在这种噪声。它主要出现在大约1KHz以下的低频频域，而且与光辐射的调制频率 f 成反比，故称为低频噪声或1/f 噪声。 实验发现，探测器表面的工艺状态(缺陷或不

20、均匀等)对这种噪声的影响很大，所以有时也称为表面噪声或过剩噪声。 一般说，只要限制低频端的调制频率不低于1千赫兹，这种噪声就可以防止。,37, 其他噪声（续）,发射噪声：只要有电流通过，便会产生发射噪声，这是由电子电荷的离散性所决定的，这种离散性将造成电流的微小起伏。 暗电流噪声：即使没有光信号照到光电倍增管中，由于热电子发射也会形成暗电流噪声，这种暗电流噪声系基于外光电效应器件的主要噪声。 倍增噪声：由于倍增极二次电子发射过程的随机性产生的，它使得倍增极的增益在附近有一定的起伏。 热噪声：由阳极负载电阻所产生。,38,各种光子探测器件的性能比较和应用选择,1)、接收光信号的方式 2)、各种光

21、子探测器件的性能比较 3)、应用选择,39,接收光信号的方式,判断信号的有无 如光电开关、光电报警等。这类光电系统检测由被测对象造成的投射到光电器件上的光信号的通过或者截断。 这时不关心光电器件的线性，而是关注其灵敏度。,40,1.1 接收光信号的方式,系统中的光信号按一定调制频率交替变化 这种光电系统中的光强度信号被调制在一定的频带内或某一调制频率下。 所选光电器件的截止频率光信号的调制频率。,41,接收光信号的方式,检测光信号的幅度大小 被测对象本身光辐射的强度发生变化； 被测对象因对光的反射率、透过率发生变化； 光电器件接收到的光照度亦随之变化。 为准确检测出这种变化，选择器件需注意：

22、灵敏度适当、线性好、响应快、动态范围合适。 如光敏二极管、光电倍增管。,42,接收光信号的方式,检测光信号的色度差异 被测对象造成光电器件接受到的色温发生变化； 被测对象本身的表面颜色发生变化。 选择光谱特性合适的光电器件。,43,各种光子探测器件的性能比较,在时间响应和频率特性，即动态特性方面： 光电倍增管和光敏二极管较好； PIN光敏二极管和雪崩光敏二极管最好。 光电特性方面： 光电倍增管、光敏二极管和光电池的线性都较好。,44,各种光子探测器件的性能比较,灵敏度方面： 光电倍增管、雪崩光敏二极管最好，光敏电阻和光敏晶体管较好。 需要说明的是，灵敏度高不一定就是输出电流大。输出电流大的器件

23、有大面积光电池、光敏电阻、雪崩光敏二极管和光敏晶体管。,45,各种光子探测器件的性能比较,外加偏压： 外加偏压最低的是光敏二极管和光敏晶体管，光电池不需加电源便可工作； 暗电流： 光电倍增管和光敏二极管最小，光电池不加电源时无暗电流，加反向偏压后暗电流比光电倍增管和光敏二极管要大；,46,各种光子探测器件的性能比较,长期工作的稳定性方面： 光敏二极管和光电池最好； 其次是光电倍增管和光敏晶体管； 光谱响应方面： 光电倍增管和光敏电阻最宽； 光电倍增管的响应偏在紫外方面，光敏电阻的响应偏向红外方面；,47,各种光子探测器件的性能比较,48,应用选择,光电器件必须和辐射信号以及光学系统在光谱特性上

24、相匹配。 如测量波长在紫外波段，则可选光电倍增管或专门的紫外半导体光电器件； 如果信号是可见光，则可选光敏电阻、硅光电器件或光电倍增管； 对于红外信号，可选光敏电阻； 近红外波段可选硅材料光电器件或光电倍增管。,49,应用选择,光电器件与入射辐射能量在空间上对准。 a、光电器件的光敏面要与入射辐射在空间上匹配好。 太阳能电池光敏面大用于杂散光或没有达到聚集状态的光束的接收。 光敏电阻（光调可变电阻）通过光路和机械设计控制光照在全部电阻体上，有效利用全部光敏面。 光敏二极管和光敏晶体管的感光面只是结附近的一个极小的面积用透镜把光聚焦到感光的光敏点上。,50,应用选择,光电器件的光电转换特性要与入

25、射辐射相匹配。 通常使入射辐射通量的变化中心处于光电器件的线性范围内，以确保获得良好的线性检测。 对于微弱光信号，器件要有高的灵敏度，以保证一定的信噪比和足够强的输出电信号。,51,应用选择,光电器件的响应特性要与光信号的信号频率、调制形式和波形相匹配，以保证输出波形没有频率失真和良好的时间响应。 这种情况主要是选择响应时间短或者上限频率高的器件，同时在电路上也要注意匹配好动态参数。,52,应用选择,光电器件还应和后继电路在电特性上相互匹配，以保证最大的转换系数、线性范围、信噪比以及快速的动态响应等。,53,应用选择,注意选好器件的规格和使用的环境条件，以使器件具有长期工作的可靠性。 当工作条

26、件超过最大限额时，器件的特性会急剧恶化，特别是超过电流容限值后，其损坏往往是永久性的。使用的环境温度和电流容限一样，当超过温度的容限值后，往往会引起缓慢的特性恶化。,54,光电检测电路,大多数的光电器件都需要经过检测与转换电路才能实现光电信号的变换，通常的光电检测电路由光电检测器件、输入电路和前置放大器组成。,核心：光电检测器件，是沟通光学量和电子系统的接口环节。 重要环节：前置放大及耦合电路。 中间环节：输入电路，为光电器件提供正常的电路工作条件，同时也完成与前置放大及耦合电路的电路匹配。,光电检测器件,输入电路,前置放大器,55,光电检测电路的设计要求,1、光电转换能力强 将光信号转变为适

27、合的电信号，是实现光电检测的先决条件。所以光电转换能力的高低对整个光电检测系统具有至关重要的影响和作用。因此，具备较强的光电转换能力，是对光电检测电路的最基本要求。 表示光电转换能力强弱的参数，通常采用光电灵敏度，即单位输入光信号的变化量所引起的输出信号的变化量。,56,光电检测电路的设计要求,2、动态响应速度快 光电检测电路应满足信号通道所要求的频率选择性或对瞬变信号的快速响应。,57,光电检测电路的设计要求,3、信号检测能力强 信号检测能力，主要是指光电检测电路输出信号中有用信号成分的多少，常用信噪比、功率等参数表征。通常要求光电检测电路具有可靠检测所必须的信噪比或最小可检测信号功率。,5

28、8,光电检测电路的设计要求,4、稳定性、可靠性好 光电检测电路在长期工作的情况下应该稳定、可靠，特别是在一些特殊场合下，对稳定性、可靠性的要求会更高。,59,光波的解调,强度调制的解调 输入： 输出：,特点：对于强度调制信号，采用直接探测便可获得不失真解调。,60,光波的解调,振幅调制的解调 输入： 输出：,开平方运算： 模拟电路运算成本低，速度高，但精度较差； 数值运算一般由计算机完成，可达到相当高的精度，但成本较高，且速度稍低。,61,光波的解调,偏振调制的解调 偏振分光棱镜的原理,62,Wollaston棱镜,63,光波的解调,Wollaston棱镜的取向使得当未受到偏振调制时I1和I2

29、的光强相等。 两路光的振幅为：,当偏振面转动后：,64,光波的解调,可以证明，两路信号的光强与角度有如下关系：,特点： 可以消除光源波动 无传输通道的干扰的影响,65,光波的解调,频率及相位调制的解调 信号预处理：将频率或相位信息转化为光强信息。,信号光s,参考光 0,输出信号,光电接收器,放大器,66,光波的解调,设Es(信号光)和Eo(参考光)为平面波，对于探测器接收面上，则可认为空间定点，故Es和Eo可表示为：,在探测器D处，总光场为：,67,和频分量,外差检测原理,在光混频器上的输出光强为：,差频分量,光学外差信号表达式！,和频项，频率很高，采用适当的滤波器可以将其滤去；,式中第一、二

30、项的平均值分别为Es22，E022；,差频项，频率已远远低于光频范围，而且也携带了信号光的频率，振幅、相位等信息。,68,说 明,在外差干涉信号中，参考光束（又称为本机振荡光束或简称本振光）是两相干光的光频率和相位的比较基准。 信号光可以是由本振光分束后经调制形成，也可以采用独立的相干光源保持与本振光波的频率跟踪和相位同步。前者多用于干涉测量，后者用于相干通信。 不论用哪种方式，由上式可知在保持本振光的E0、 0、0不变的前提下，外差信号的振幅、频率和相位可以表征信号光波的特征参量Es、 s、s，即信号光的参量受到被测信息调制，外差信号能够无畸变地精确复制这些调制信号。,69,调幅信号,如信号

31、光振幅Es受频谱如图的调制信号F(t)的调制，则,调制信号的振幅,调制信号的调制度,调制信号的角频率,调制信号的相位,70,可见，信号光波振幅上所载荷的调制被转换到了外差信号上去。对于其他调制方式也有类似的结果，这是直接探测所不可能到达的。,71,光波的解调（4）零差检测,零差检测,简化计算，令 0 ，则,72,说明,上式表明零差探测能无畸变地获得信号的原形，只是包含了本振光振幅的影响。 此外，在信号光不作调制时，零差信号只反映相干光振幅和相位的变化而不能反映频率的变化。,在许多基础研究领域里， 例如非线性光学 生物光学 天文学 通信、遥感等方面，,探测微弱信号的其他方法,在对噪声具有的特性、

32、噪声与信号表现形式的区别进行了深人的研究后，人们已经找到了多种方法，形成了一门专门的技术微弱光信号检测技术。,所要研究的光信号往往是极微弱的，由于信号已被噪声湮没，所以用常规的检测方法已无法提取信号。,要能够测量到微弱光信号，基本原则就是要使光信号通过检测系统后，SN1。,相干光探测技术利用了光信号的空间相干特性，使探测灵敏度大大提高。本部分所使用的方法，则是利用了信号在时间上的相干性，采用相关接收技术，实现了把深埋于噪声之中的光信号提取出来的目的。,下面介绍检测微弱信号的有关概念及原理，并简述几种具体的测量方法。,相关检测原理,消除噪声的基本方法就是使用滤波器将噪声滤掉，让信号通过。,滤波器

33、应该是窄通带的，才可能取得效果。但对周期不固定的信号，滤波器的通频带又不能过窄，以免信号被滤掉一部分。,使用滤波器，对信噪比的改善不会太大。,相关检测抑制噪声的原理是基于信号具有确定的频率以及一定位相，从而在时间过程中具有自相关或与某一同频同相的信号具有互相关特性，,相关检测相当于一种跟踪滤波器，有可能取得较好的抑制噪声的效果。,而噪声作为一种随机过程，则基本互不相关。长时间的积分对周期重复信号的积累将远比对噪声的积累高得多，,从而达到提高信噪比的目的。,相关函数分为两类：自相关函数与互相关函数。 (1)自相关函数与自相关检测。 自相关函数R 11()是度量一个变化量或随机过程在t与t-两个时

34、刻线性相关的统计参量，定义为,设f(t)为一周期函数,式中为延迟时间，T为观察时间(或测量时间)，f(t)表示随机过程的一个样本函数。,以代入自相关函数定义式，得到,对随机噪声N(t)，自相关函数为,函数的含义为,对既含有信号，又含有噪声的过程，有,其自相关函数可写成,式中，Rss()，RNN()是信号、噪声的自相关函数，RSN()与RNS()则为信号与噪声的互相关函数。,由于信号与噪声互不相关，并假设噪声平均值为0，则根据相关函数性质有RSN()=RNS()=0， 上式可写成,当=0时,当0时,可见噪声电平随积分时间的增长，其相对振幅迅速下降。自相关检测原理框图如图所示。,(2)互相关函数与互相关检测。互相关函数是指两个随机过程fl(t)，f2(t)在相隔的两个时刻线性相关的统计参量。定义为,设fl(t)包含有信号与噪声，fl(t)=S1(t)+N1(t)，f2(t)没有噪声，f2(t)=S2(t)，互相关函数为,如果T，Nl(t)与S2()不相关，则RN1 S2()=0，所以,由于S2(t)这个函数不含噪声项，因此抑制噪声的能力较强。但在实际测量中，测量时间总是有限的，因此对较短时间的互相关函数RN1 S2()不一定为0，从而会引起测量误差。,与自相关检测相比