基于锁相放大器的微弱信号检测研究

摘要

微弱信号检测是随着工程应用而不断发展的一门学科。近年来，微弱信号检测相关研究已经成为一个热点研究领域，具体表现在对微弱信号检测方法的探寻、对微弱信号检测系统的设计、对微弱信号检测仪器的研发。本文中主要研究了利用锁相放大器进行有用信号提取的微弱信号检测原理与实现方法。
　　首先介绍了微弱信号检测的基本理论与常见的几种检测方法，重点介绍了利用数字锁相放大器进行信号检测的原理。在此基础上，结合数字锁相放大器的相关检测原理，给出了数字锁相放大器的整体设计方案，着重从相关检测原理算法和移相算法方面对数字锁相放大器的设计作了深入探讨。
　　重点研究了采样频率与相关运算结果的关系，在设计的过程中先使用MATLAB进行算法上的模拟，从模拟结果发现参考信号为方波而采样频率与信号频率成一定关系时，系统相关运算存在固有误差。为减少该误差，提出了将动态采样率的方法引入数字锁相放大器设计中，运算发现动态采样的采样频率数越多，奇点产生的误差越少，有效地解决奇点问题。
　　最后，使用LabVIEW对设计的系统进行仿真测试。测试结果表明该数字锁相放大器在信号幅度为5V、噪声标准差小于等于50时（SNR=-34.04dB），能有效地检测出频率为500kHz以下的信号，系统检测结果与理论计算值的相对误差基本不超过2％。

目录

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摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外微弱信号检测技术研究现状

1．3 锁相放大器的发展状况

1．4 本文研究的主要内容

2 微弱信号检测基本理论

2．1 噪声分类及统计特性

2．1．1 常见的噪声类型

2．1．2 噪声的统计特性

2．2 微弱信号检测方法

2．2．1 微弱信号检测基本理论

2．2．2 微弱信号检测的基本方法

2．3 本章小结

3 锁相放大器工作原理

3．1 相关接收原理

3．1．1 自相关检测

3．1．2 互相关检测

3．2 锁相放大器工作原理

3．3 锁相放大器的构成

3．3．1 信通道

3．3．2 参考信号

3．3．3 相关器

3．4 本章小结

4 数字锁相放大器的设计

4．1 数字锁相放大器设计方案

4．2 现实中信号相关器特性的影响因素

4．2．1 采样率因素

4．2．2 积分时间因素

4．2．3 相位差因素

4．3 数字信号相关器的实现

4．3．1 参考信号源

4．3．2 采样频率

4．4 本章小结

5 数字锁相放大器仿真

5．1 基于LabVIEW的数字锁相放大器平台

5．2 系统总体设计

5．3 信号产生

5．3．1 原始信号产生

5．3．2 参考信号产生

5．4 相关器

5．5 仿真测试结果

5．6 本章小结

6 数字锁相放大器实现

6．1 数据调理模块

6．2 数据采集模块

6．3 数据处理模块

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 工作总结

7．2 未来工作展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢