微弱信号检测教学大纲

第15章 微弱信号检测（知识点）知识点1 概述微弱信号是相对背景噪声而言，其信号幅度的绝对值很小、信噪比很低（远小于1）的一类信号。

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，分析噪声产生的原因和规律，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提取和测量。

微弱信号检测的目的是从噪声中提取出有用信号，或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。

知识点2 噪声噪声是影响微弱信号检测结果的重要因素，在微弱信号检测中，如果能够有效地克服噪声，就可以提高信号检测的灵敏度。

噪声无处不在，而且总是与信号共存，在进行微弱信号检测时，应首先设法尽量抑制噪声，然后再提取出噪声中的有用信号。

噪声是对有用信号的某种不期望的扰动，包括非被测信号或非测量系统所引起的噪声和来自于被测对象、传感器、测量系统内部的噪声两种情况。

前者可能是来自于自然界的宇宙射线、电磁干扰或人为引起的开关电火花、较强的广播信号、市电的干扰等，这些外界干扰的影响通过适当的屏蔽措施是可以减小或消除的；后者是由组成电路的器件材料的物理性质及温度等引起电荷载流子不规则运动而产生的自然扰动，是存在于电路内部的一种固有的扰动信号，这些噪声是随机的，不能精确预见，也不能彻底排除，只能设法减少或控制。

噪声是一种连续型随机变量，在不同时刻可能出现不同的噪声值。

因此，对噪声的度量要分析噪声的统计特征。

（1）噪声的概率分布噪声电压在t 时刻的大小，只能通过概率分布密度函数()p n 表示，()p n 表示噪声电压在t 时刻取值为n 的概率。

知道()p n 后，就可以知道t 时刻噪声电压取值在1n 与2n 之间的概率。

()()2112n n P n n n p n dn <<=⎰ （15.1）表征随机过程特征的统计特征量为数学期望和方差。

①数学期望[]()E n np n dn ∞-∞=⎰ （15.2）②方差[][]()()[]222D n nE n p n dn E nE n ∞-∞⎡⎤=-=-⎣⎦⎰（15.3） 电路处于稳定状态时，噪声的数学期望和方差一般不再随时间变化。

《微弱信号检测技术与应用》教学大纲课程名称：微弱信号检测技术与应用 Weak Signal Detection Technology and application 课程编码：036002学分：3分总学时：48学时理论学时：40学时实验学时：8学时适应专业：测控技术与仪器本科专业先修课程：电路分析基础、数字电子技术、模拟电子技术、单片机与嵌入式系统执笔人：孙士平审订人：熊晓东一、课程的性质、目的与任务本课程从应用角度出发介绍微弱信号检测的理论、方法和仪器，是测控技术与仪器本科专业的选修课。

本课程使学生了解微弱信号检测技术的发展历程、发展方向和微弱信号检测技术的运用领域，使学生理解微弱信号检测仪器的工作原理，使学生掌握微弱信号及其相关的基本概念以及微弱信号检测的一般方法。

二、教学内容、基本要求与学时分配第一章绪论主要内容：1、噪声、干扰与微弱信号的概念2、微弱信号检测的意义、发展历程和发展方向3、微弱信号检测的基本方法基本要求：了解微弱信号检测技术的发展历程和发展方向理解噪声、干扰与微弱信号的基本概念初步掌握微弱信号检测的基本方法学时分配： 4学时第二章噪声、低噪声前置放大和屏蔽接地技术主要内容：1、噪声概述⑴与噪声相关的的几个基本概念噪声与干扰噪声的统计特性随机噪声的功率谱密度及相关函数放大器或线性网络的噪声带宽信噪比、信噪改善比与噪声系数⑵电子元器件的噪声2、低噪声前置放大技术⑴低噪声前置放大器的等效噪声模型⑵低噪声前置放大器的设计3、微弱信号检测系统的屏蔽与接地技术基本要求：了解电子元器件噪声的产生机理；了解低噪声前置放大器的设计方法；了解系统的屏蔽与接地技术。

理解与噪声相关的几个基本概念。

掌握低噪声前置放大器的等效噪声模型。

学时分配： 4 学时第三章周期性微弱信号检测方法主要内容：1、同步积分器2、门积分器3、旋转电容滤波器4、相关器5、数字式相关器6、数字式信号平均器基本要求：了解同步积分器、门积分器、旋转电容滤波器、模拟相关器的数学推导方法。

《弱信号检测技术》课程教学大纲课程代码：030242006课程英文名称：Weak signal detection课程总学时：24 讲课：24实验：0 上机：0适用专业：测控技术与仪器大纲编写（修订）时间：2011.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标微弱信号检测是将淹没在强背景噪声下的微弱信号，通过有效的检测手段，抑制强背景噪声，从而获得信号的恢复是本课程的主要内容。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求1、基本知识：要求学生掌握本专业的专业基础知识和专业课知识。

2、基本理论和方法：通过本课程的教学，使学生对“微弱信号检测”主要应用对象及主要实施方法有所了解，在掌握其基本原理的基础上并能完成较简单的微弱信号检测系统的设计。

（三）实施说明由于学时的关系，本课程着重在于扩大学生的知识面，使学生对这一新兴技术分支能有较深入的了解，以便进一步深造。

（四）对先修课的要求1．模拟电子技术（A）(含高频部分)；2．信号与系统；3. 随机信号分析；（五）对习题课、实验环节的要求要求学生掌握BOXCAR积分器的使用方法，可求出SINR，会调整LIA的参数。

（六）课程考核方式1.考核方式：考查。

2.考核目标：考查学生是否理解微弱信号检测的基本原理及主要应用。

3.成绩构成：本课程的总成绩由三部分组成：平时成绩（包括作业、提问、出勤情况等）30%；开卷考试成绩70%。

（七）参考书目:1.《微弱信号检测（第2版）》曾庆勇浙江大学出版社2.《微弱信号检测》戴逸松吉林工业大学出版3.《微弱信号检测》高晋占清华大学出版社二、中文摘要本课程从应用角度出发介绍微弱信号检测的理论、方法和仪器，是测控技术与仪器本科专业的选修课。

该课程帮助学生了解微弱信号检测技术的发展历程和发展方向，了解微弱信号检测技术的运用领域；帮助学生理解微弱信号检测仪器的工作原理；帮助学生掌握微弱信号及其相关的基本概念，掌握微弱信号检测的一般方法。

三、课程学时分配表四、教学内容及基本要求第01部分绪论总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容:1）微弱信号检测的目的与意义2）噪声的基本性质3）噪声的统计特性4）器件噪声举例5）微弱信号检测方法概述重点:1）噪声的定义、种类、度量、电子噪声2）电阻、二极管、三极管的噪声3）弱信号检测的基本方法难点:1）噪声的定义、种类、度量、电子噪声2）电阻、二极管、三极管的噪声第02部分噪声与低噪声测试系统的设计总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0具体内容:1）噪声系数、噪声因子和其他噪声度量参量2）低噪声前置放大器3）低噪声放大器匹配网络与变压器特性重点:1）噪声系数、噪声因子、放大器NF值的测量、NF图2）设计原则，最佳输入电阻难点:1）噪声系数、噪声因子、放大器NF值的测量、NF图2)理想变压器作匹配时的SNIR第03部分同步相关检测-锁定放大器的工作原理总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0具体内容:1）滤波器2）选频检测的局限性与相干检测3）相敏检波器电路4）非周期移相器5）锁相放大器及其主要性能指标6）锁相放大器的使用与应用7）提高锁相放大器性能的一些技术重点:1）有源LPF、HPF、BPF2）相干检测3）掌握相敏检波器的基本电路4）移相环工作原理5）典型的锁相放大器6）锁相放大器的使用7）PCM技术难点:1）相干检测2）移相环工作原理3）典型的锁相放大器第04部分取样与取样积分原理总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0 具体内容:1）根号M法则与抽样定理2）取样积分器3）参数图解选择法4）取样积分器性能的一些重大改进5）BOXCAR信噪比改善的数学讨论6）数字平均器的特点及工作模式7）数字多点平均器8）BOXCAR与数字平均器应用举例重点:1）根号M法则、抽样定理2）门积分器、BOXCAR的工作模式3）参数图解选择法4）快速取样、基线取样5）BOXCAR信噪比改善的数学讨论6）数字平均器的特点及工作模式7）数字多点平均器原理、工作流程难点:1）根号M法则、抽样定理2）门积分器、BOXCAR的工作模式3）参数图解选择法4）快速取样、基线取样5）BOXCAR信噪比改善的数学讨论6）数字平均器的特点及工作模式7）数字多点平均器原理、工作流程第05部分光子计数技术总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容:1）光子计数器的原理概述2）光子计数器中的光电倍增管3）放大器-鉴别器4）光子计数器的测量方法5）模拟输出的光子计数器6）光子计数器中的脉冲堆积效应重点:放大器-鉴别器、光子计数器的测量方法难点:模拟输出的光子计数器第06部分总结与考试总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容：应用实例总结、综合复习与考试。

《微弱信号检测技术》教学大纲为桂林电子科技大学研究生课程的教学大纲《微弱信号检测技术》教学大纲课程类别：专业任选课课程代码：XZ8269总学时：48学时学分：3适用专业：电子信息科学与技术先修课程：高等数学、模拟电子技术、信号与系统分析、高频电子线路、电子测量与仪器一、课程的地位、性质和任务本课程是电子信息科学与技术专业的专业限选课，其涵盖的内容是电子信息科学与技术专业本科学生所应具备的知识结构的重要组成部分。

其任务是：通过本课程的学习，使学生掌握有关噪声的概念及低噪声设计方面的基本知识和基本方法，并具有初步的电磁兼容方面的知识与基本的技能，为毕业后从电子系统的设计打下基础。

本课程的主要内容包括：噪声与低噪声测试系统的设计、屏蔽与接地技术、锁定放大器的工作原理、取样与取样积分原理、相关检测、自适应噪声抵消等。

二、课程教学的基本要求要求学生掌握微弱信号的概念、噪声信号的数学分析方法、电子系统噪声的来源、锁定放大器的工作原理、屏蔽与接地技术，了解电磁兼容的概念及相关技术、取样与取样积分原理，一般了解相关检测和自适应噪声抵消。

三、理论教学内容与学时分配1．噪声与低噪声设计（10学时）噪声的基本概念；电阻的热噪声和过剩噪声；半导体器件的噪声特性；低噪声放大器设计；微弱信号检测系统的屏蔽与接地技术；电磁兼容的基本概念及基本方法。

2．锁定放大器的工作原理（16学时）相关函数和相关检测；锁定放大器概述；锁定放大器中的相关器；锁定放大器中的同步积分器；旋转电容滤波器；几种典型的锁定放大器；锁定放大器的动态范围及动态协调；锁定放大器的应用。

3．取样与取样积分原理（10学时）取样的物理过程；取样定理；实时取样与变换取样的基本概念；取样积分器原理和工作方式；门积分器的原理分析；几种典型的取样积分器；取样积分器的参数选择及应用；多点信号平均及其发展。

4．相关检测（6学时）概述；相关函数的实际运算及误差分析；相关函数算法及实现；相关函数的峰点跟踪；相关检测的应用。

微弱信号检测第二版教学设计
介绍
微弱信号检测作为一项非常重要的技术，广泛应用于医学、化学、物理、生物等领域。

对于微弱信号检测的掌握，对于以上领域的研究非常有帮助。

本次教学设计包含微弱信号检测的基础知识和实操技巧，让学生能够更好地掌握微弱信号检测技术。

教学目标
1.理解微弱信号检测的基本原理和技术。

2.了解微弱信号检测的常用仪器和设备。

3.掌握微弱信号检测的实操技能。

4.能够分析和解决微弱信号检测实际问题。

教学内容
第一章微弱信号检测的概述
1.1 微弱信号检测的定义
1.2 微弱信号检测的应用
1.3 微弱信号检测的原理
1.4 微弱信号检测的分类与方法
第二章微弱信号检测的仪器和设备
2.1 放大器
2.2 滤波器
2.3 数字信号处理器
第三章微弱信号检测的实操技巧
3.1 信号采集和处理
3.2 处理结果分析和评价
3.3 实际问题分析和解决
教学方法
本课程采用理论与实践相结合的教学方法，通过讲解理论知识和进行实际操作来掌握微弱信号检测的技能。

教学评估
通过考察学生对微弱信号检测的理解和实操技能的掌握情况来评估教学效果。

评估方式采用若干选择题、解答题、实验报告等形式。

总结
本教学设计旨在让学生学会微弱信号检测的基本原理、懂得微弱信号检测的应用、掌握微弱信号检测常用仪器和设备、熟练运用微弱信号检测的实操技能以及解决实际微弱信号检测问题。

希望在此过程中能够提高学生的实践能力和创新意识。

《微弱信号检测》实验教学大纲实验类别：课内实验实验课程名称：微弱信号检测实验室名称：微纳器件与测试实验室实验课程编号：06060409实验学时：8适用专业：微电子学、电子科学与技术先修课程：模拟电子技术、数字电子技术一、实验在教学培养计划中的地位、作用本实验课程是微弱信号检测的补充，可以使学生在学习掌握微弱信号检测基础上，通过本课程的学习，使学生对微弱信号的特点有一定的了解和认识，学习微机电器件信号拾取原理，掌握微弱信号的提取方法及其技术。

在此基础上，掌握微弱信号检测方法与检测电路的设计方法，提高学生的实际动手能力和设计能力。

二、实验的内容、基本要求实验一利用C F变换原理的微电容检测（2学时）内容：1、测量微电容的容值。

2、熟悉微小差分电容的检测电路、示波器、电源、万用表。

3、利用微小差分电容的检测电路测试微电容的容值。

基本要求：1、学会微电容检测方法2、掌握微电容的测试与检测方法实验二压阻式力学传感器微弱信号检测（2学时）内容：1、惠斯通电桥放大电路连接，调平电桥。

2、利用振动台激励压阻式加速度传感器，同时测试其输出信号。

基本要求：1、掌握电桥工作原理及应用2、学习压阻式力学传感器检测电路实验三压电式加速度传感器检测电路（2学时）内容：1、电荷放大电路连接。

2、利用振动台激励压电式加速度传感器，同时测试其输出信号。

基本要求：1、掌握电荷放大器的工作原理2、学习压电式加速度传感器的检测电路实验四 A-V转换的隧道式检测电路（2学时）内容：1、A-V转换电路电路连接。

2、利用高精度万用表测试隧道式式加速度传感器输出电流。

基本要求：1、理解A-V转换的隧道式工作过程2、学习A-V转换的隧道式工作电路三、学时分配四．学生成绩评定方法预习报告：占总成绩20％操作成绩：占总成绩50％报告成绩：占总成绩10％考试成绩：占总成绩20％。