低信噪比下任意波形的微弱信號檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低信噪比下任意波形的微弱信號檢測方法及系統(tǒng)，其中系統(tǒng)包括：低噪放大器、鎖相環(huán)、微處理器、數字頻率合成器和運算模塊，通過模擬鎖相環(huán)工作鎖定待檢微弱信號的頻率，利用微處理器測量該鎖相環(huán)的輸出頻率，并根據該頻率值控制直接數字合成電路產生同頻信號，該信號作為相關檢測所需的參考信號。運算模塊采用乘法器和積分電路實現相關檢測，通過步進調整參考信號的相位，使互相關值最大，獲得與被測信號同頻同相的再生信號，從而實現微弱信號的檢測與放大。本發(fā)明在低信噪比條件下，具有較好的線性測量特性和較高的準確度，可實現任意波形的微弱信號自動檢測和再生放大。
【專利說明】低信噪比下任意波形的微弱信號檢測方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微弱信號檢測，尤其涉及一種低信噪比下任意波形的微弱信號檢測方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在強噪聲背景下進行微弱信號檢測，在現代無線通信、傳感器與機械設備檢測等領域應用廣泛，常用的檢測方法有相關檢測、頻譜分析等。對微弱信號而言，直接通過波形采集進行頻譜分析是不合適的，同時，傳統(tǒng)的相關運算采用的參考信號為方波波形，這僅僅適合固定頻率的微弱信號檢測，且由于方波信號存在豐富的諧波成分，對低頻微弱信號的檢測存在干擾；同時由于參考頻率誤差、參考信號相移誤差，難以獲取準確的被檢信號參數，以及被檢信號的重建輸出。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題在于針對現有技術中通過方波波形的參考信號難以獲取準確的被檢信號參數，無法進行被檢信號的重建輸出的缺陷，提供一種可實現任意波形的微弱信號自動檢測和再生放大的微弱信號檢測方法及系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明解決其技 術問題所采用的技術方案是:
[0005]提供一種低信噪比下任意波形的微弱信號檢測方法，包括以下步驟:
[0006]將被測信號μ;⑴=JsinO0/ + φ) + ?⑴進行幅度放大，其中4SinOc/ +妁為微弱信號，n(t)為噪聲；
[0007]提取微弱信號/isinh/ +㈧的頻率，并通過數字頻率合成器生成與該微弱信號相同波形、相同頻率的參考信號"挪cos(co0i + φ);
[0008]將被測信號與參考信號通過乘法器、積分-清零器進行相關運算，得到運算值
NT0j
?/0 = I KxvUWh'(t)dt=-KxvA Uref cos(A6>i + Νφ)，其中 Kxy 為乘法器系數，
ο2
NTtl為積分時間，Δω為被測信號與參考信號的頻率差，Δρ為被測信號與參考信號的相位差;
[0009]根據獲取的運算值控制數字頻率合成器合成的參考信號的相位，使參考信號與被測信號的相位差卸=()，獲得最大的相關運算值，并獲得微弱信號的幅度A = 2U0/KxyUEEF ；
[0010]通過數字頻率合成器輸出與微弱信號同頻同相的再生信號。
[0011]本發(fā)明還提供一種低信噪比下任意波形的微弱信號檢測系統(tǒng)，包括:
[0012]低噪放大器，用于將被測信號〃,(O = ^ sln((0{)l + (P) "("進行幅度放大，其中/isinOj+ (67)為微弱信號，n⑴為噪聲；[0013]鎖相環(huán)，與低噪放大器連接，用于提取微弱信號々叫郵+㈧的頻率，并輸出與微弱信號同頻的方波信號；
[0014]微處理器，與鎖相環(huán)連接，用于獲取方波信號的頻率值，并控制數字頻率合成器；
[0015]數字頻率合成器，與微處理器連接，在其控制下生成與微弱信號相同波形、相同頻率的參考信號〃Mr (f)= ref cos(ω0t + φ,,)
[0016]運算模塊，與數字頻率合成器相連，包括乘法器和積分-清零器，用于將將被測信號與參考信號通過乘法器、積分-清零器進行相關運算，得到運算值
【權利要求】
1.一種低信噪比下任意波形的微弱信號檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 將被測信號《,⑴=A+ ψ) + "(O進行幅度放大,其中」sin(cv + p)為微弱信號，n(t)為噪聲； 提取微弱信號^sin(叫/ +糾的頻率，并通過數字頻率合成器生成與該微弱信號相同波形、相同頻率的參考信號 U REF (O —U REF cos00i + ΨΛ > 將被測信號與參考信號通過乘法器、積分-清零器進行相關運算，得到運算值
2.一種低信噪比下任意波形的微弱信號檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括: 低噪放大器，用于將被測信號K⑴=JsinUV + <!>)+ "(U進行幅度放大，其中Jsin(iyQi +爐)為微弱信號，n(t)為噪聲； 鎖相環(huán)，與低噪放大器連接，用于提取微弱信號^in(叫/ +的的頻率，并輸出與微弱信號同頻的方波信號； 微處理器，與鎖相環(huán)連接，用于獲取方波信號的頻率值，并控制數字頻率合成器； 數字頻率合成器，與微處理器連接，在其控制下生成與微弱信號相同波形、相同頻率的參考信號 (t)=u REF cos(o0/ jT φν)., 運算模塊，與數字頻率合成器相連，包括乘法器和積分-清零器，用于將將被測信號與參考信號通過乘法器、積分-清零器進行相關運算，得到運算值NT0^
3.根據權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，微處理器還用于根據外部設定頻率對指定的頻率信號進行檢測。
4.根據權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數字頻率合成器采用40比特的頻率字寬、14比特相位字寬、10比特幅度控制字寬以及參考頻率為70MHz的現場可編程器件實現。
5.根據權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器為低功耗MSP430，內部包括高精度的模擬數字轉換器，通過該模擬數字轉換器獲取運算單元的運算值。
6.根據權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖相環(huán)包括鑒相器、壓控振蕩器和環(huán)路濾波器，在壓控振蕩器的輸出 端與鑒相器反饋輸入端之間還設有分頻電路。
【文檔編號】H03L7/18GK103957007SQ201410198753
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權日:2014年5月9日
【發(fā)明者】熊俊俏, 劉海英, 戴璐平, 戴麗萍, 田正武 申請人:武漢工程大學