光電檢測(cè)方法

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上光電檢測(cè)方法2.1直接探測(cè)2.1.1基本物理過程直接探測(cè)是將待檢測(cè)的光信號(hào)直接入射到光探測(cè)器的光敏面上，由光探測(cè)器將光信號(hào)直接轉(zhuǎn)化為電流或電壓，根據(jù)不同的要求，再經(jīng)后續(xù)電路處理，最后獲得有用的信號(hào)。一般，光探測(cè)器前可采用光學(xué)天線，在其前端還可經(jīng)過頻率濾波和空間濾波處理。這是為了進(jìn)一步提高探測(cè)效率和減小雜散的背景光。信號(hào)光場(chǎng)可表示為，式中，A是信號(hào)光電場(chǎng)振幅，是信號(hào)光的頻率。則其平均功率P為 （2.1.1）光探測(cè)器輸出的光電流為 （2.1.2）若光探測(cè)器的負(fù)載電阻為,則光探測(cè)器輸出的電功率為 （2.1.3）光探測(cè)器輸出的電功率正比于入射光功率的平方。從而可知，光探測(cè)器對(duì)

2、光的響應(yīng)特性包含兩層含意，其一是光電流正比于光場(chǎng)振幅的平方，即光的強(qiáng)度；其二是電輸出功率正比于入射光功率的平方。如果入射信號(hào)光為強(qiáng)度調(diào)制（TM）光，調(diào)制信號(hào)為。從而得 （2.1.4）式中第一項(xiàng)為直流項(xiàng)，若光探測(cè)器輸出有隔直流電容，則輸出光電流只包含第二項(xiàng)，這就是直接探測(cè)的基本物理過程，需強(qiáng)調(diào)指出，探測(cè)器響應(yīng)的是光場(chǎng)的包絡(luò)，目前，尚無能直接響應(yīng)光場(chǎng)頻率的探測(cè)器。2.1.2信噪比設(shè)入射到光探測(cè)器的信號(hào)光功率為,噪聲功率為，光探測(cè)器輸出的信號(hào)電功率為，輸出的噪聲功率為?？傻?（2.1.5）根據(jù)噪聲比的定義，則輸出功率信噪比為 （2.1.6）從上式可以看出I. 若 ，則有 （2.1.7）輸出信噪比等于

3、輸入信噪比的平方。由此可見，直接探測(cè)系統(tǒng)不適于輸入信號(hào)比小于1或者微弱光信號(hào)的探測(cè)。II. 若 ，則 （2.1.8）輸出信噪比等于輸入信噪比的一半，即經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后信噪比損失了3dB，在實(shí)際應(yīng)用中還是可以接受的。由此可見，直接探測(cè)方法不能改善輸入信噪比。如果考慮直接探測(cè)系統(tǒng)存在的所以噪聲，則輸出噪聲總功率為 （2.1.9） 式中，分別為信號(hào)光，背景光和暗電流引起的散粒噪聲。為負(fù)載電阻的熱噪聲。 （2.1.10）當(dāng)直接探測(cè)系統(tǒng)主要為信號(hào)光引起的散粒噪聲限制（即量子噪聲限）時(shí) （2.1.11）這就是理想的直接探測(cè)系統(tǒng)所能達(dá)到的最大信噪比極限。2.1.3噪聲等效功率(NEP)不同的系統(tǒng)有不同的信噪比要

4、求，因而不可能有歸一化的靈敏度指標(biāo)，為了便于分析和評(píng)估探測(cè)系統(tǒng)的性能，引入等效噪聲功率（NEP）這一指標(biāo)。它可以反映直接探測(cè)系統(tǒng)微弱光輻射的能力。等效噪聲功率為,時(shí)所需的信號(hào)功率。在直接探測(cè)系統(tǒng)中往往同時(shí)存在多種噪聲源，但是，在不同情況下，各種噪聲源的噪聲電平是不同的，按不同的起主導(dǎo)作用的噪聲源分析，可得出一下幾種噪聲限下的NEP。一般情況下的NEP表示式 （2.1.12）當(dāng)熱噪聲是直接探測(cè)系統(tǒng)的主要噪聲源，而其他噪聲可以忽略時(shí)，我們就說直接探測(cè)系統(tǒng)受熱噪聲限制，這時(shí)的NEP為 （2.1.13）當(dāng)散粒噪聲為主，其它噪聲可以忽略時(shí)，則直接探測(cè)系統(tǒng)受散粒噪聲限制，這時(shí)的NEP為 （2.1.14）當(dāng)

5、背景噪聲是直接探測(cè)系統(tǒng)的主要噪聲源，其它噪聲可以忽略時(shí)，我們就說直接探測(cè)系統(tǒng)受背景噪聲限制，這時(shí)的NEP為 （2.1.15） 當(dāng)入射的信號(hào)光波所引起的散粒噪聲時(shí)直接探測(cè)系統(tǒng)的主要噪聲源，而其它噪聲可以忽略時(shí)，直接探測(cè)系統(tǒng)受信號(hào)噪聲限制，這時(shí)的NEP為 （2.1.16）在實(shí)際的直接探測(cè)系統(tǒng)中，很難實(shí)現(xiàn)信號(hào)噪聲極限探測(cè)，因?yàn)槿魏螌?shí)際的光探測(cè)器都不是理想探測(cè)器，總會(huì)有噪聲存在，在直接探測(cè)系統(tǒng)中所用的放大器也不可能沒有噪聲，至多可以做到放大器噪聲比光探測(cè)器噪聲低，再者，背景輻射和暗電流往往是客觀存在的，最后，光探測(cè)器本身具有的電阻以及負(fù)載電阻等都會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。所以信號(hào)噪聲限制的探測(cè)只能理解為直接探測(cè)系

6、統(tǒng)的理想工作狀態(tài)。從以上分析可知，要想達(dá)到良好的直接探測(cè)效果，在接收光功率受到一定限制的情況下，必須合理的選擇光探測(cè)器件，盡可能的降低各種噪聲，以改善系統(tǒng)的特性。2.1.4接收光學(xué)系統(tǒng)為了改善直接探測(cè)系統(tǒng)的性能，非常直觀的分析是應(yīng)盡可能多的收集信號(hào)光功率，為達(dá)到此目的，除了在可能條件下選擇大的探測(cè)器件，往往也采用各種光學(xué)系統(tǒng)。接收光學(xué)系統(tǒng)是為了收集盡可能多信號(hào)光能量，并使光束直徑小于光探測(cè)器的直徑，入射到光探測(cè)器光敏面上,對(duì)不同的系統(tǒng)，單位波長單位立體角所接收到的光功率具有不同的表達(dá)形式在一定距離上進(jìn)行直接探測(cè)時(shí)，光探測(cè)器所能接收到的光功率與下述因素有關(guān)：i. 接收系統(tǒng)所能接收到的光功率與距離

7、平方成反比，接收到的光能量隨距離增加而衰減很快ii. 目標(biāo)反射的光功率愈大，則在同一距離上接收到光功率也愈大，或在同樣的接收靈敏度下，系統(tǒng)的作用距離也愈大，用合作目標(biāo)就是增大接收光功率的方法之一。iii. 光源發(fā)散角愈小，接收系統(tǒng)能接收到的光功率愈大，所以，在發(fā)射端往往采用準(zhǔn)直或會(huì)聚透鏡系統(tǒng)來準(zhǔn)直光束。iv. 接收到的光功率與接收光學(xué)系統(tǒng)的口徑直接有關(guān)，在結(jié)構(gòu)尺寸允許的條件下，增大接收光學(xué)系統(tǒng)的口徑是有效的辦法。但必須使出，由于大氣傳輸，會(huì)引入隨機(jī)閃爍，在一定程度上，過大的口徑，反而會(huì)增大噪聲。v. 各種光源發(fā)射的能量有確定的光譜，除選用與之匹配的光探測(cè)器外，光學(xué)系統(tǒng)的材料也應(yīng)與之匹配。若工作

8、距離較長，還應(yīng)選用處于大氣窗口以內(nèi)的波長。光學(xué)系統(tǒng)盡可能選擇鏡片少的透鏡組，如用反射或折反射式系統(tǒng)，以減少鏡片對(duì)光能的吸收損耗。2.1.5直接探測(cè)方法應(yīng)用a) 光功率測(cè)量利用光探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換特性，可以很容易實(shí)現(xiàn)光功率的測(cè)定，這也是直接探測(cè)技術(shù)的最簡單，最直接的應(yīng)用之一，一個(gè)好的光功率計(jì)除要求有一定的精度外，還應(yīng)盡可能做到：1. 能響應(yīng)寬的光譜范圍，以適應(yīng)對(duì)不同光輻射源的測(cè)量2. 具有大的動(dòng)態(tài)范圍。光探測(cè)器受待測(cè)光照射后，將光信號(hào)變成電流或電壓信號(hào)，由于這個(gè)電流或電壓信號(hào)一般都比較微弱，所以，再用一個(gè)穩(wěn)定的線性放大器予以放大，輸出至指示儀表，經(jīng)過校準(zhǔn)，即可直接讀出光功率的絕對(duì)值。在測(cè)量微弱光功

9、率的場(chǎng)合，由于光探測(cè)器存在一定的暗電流和漏電流，信號(hào)光電流可能被淹沒，為此，可在光功率計(jì)的探頭中，采用斬波的方法，將恒定光變成交變光，經(jīng)過隔直電容將交流信號(hào)與直流的暗電流和漏電流分離出來，再用鎖相放大器放大到顯示儀表所需電平。b) 條形碼閱讀器條形碼是印刷在標(biāo)簽上的一系列寬窄不同，距離不等的黑色線寬，這些線條的組合代表著各種信息。對(duì)條形碼進(jìn)行讀取的裝置，實(shí)際上就是一種光輻射探測(cè)裝置，這種裝置通常稱為閱讀器。其核心是光探測(cè)器對(duì)條紋反射光強(qiáng)變化的直接探測(cè)。條形碼閱讀器原理框圖如下所示： 圖2.1.1條形碼閱讀器通常由兩部分組成：一部分為輸入裝置，通常稱作掃描器；另一部分是譯碼器。評(píng)價(jià)條形碼掃描器好

10、壞由以下幾個(gè)指標(biāo)1. 條紋分辨率高2. 掃描角度適應(yīng)性強(qiáng)。3. 黑白條紋反光強(qiáng)弱適應(yīng)性強(qiáng)。4. 光信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)而評(píng)價(jià)譯碼器，則有：1. 識(shí)別編碼種類多2. 配接掃描器能力強(qiáng)3. 與微機(jī)接口多4. 拒識(shí)率與誤碼率低由條形碼返回的光信號(hào)在掃描器中轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再送至譯碼器變成一串編碼信號(hào)，這個(gè)信號(hào)由計(jì)算機(jī)確定所代表的信號(hào)特征。其指標(biāo)好壞與其光學(xué)系統(tǒng)，光源，光探測(cè)器和電路選擇密切相關(guān)。2.2光外差探測(cè)方法2.2.1簡介在電磁波譜的射頻和微波波段，作為一種探測(cè)技術(shù)，外差接收的優(yōu)點(diǎn)早已為人們所熟知，并在通信，廣播，雷達(dá)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著激光與紅外技術(shù)的發(fā)展，外差探測(cè)技術(shù)也廣泛用于光

11、學(xué)和紅外波段。由于光外差探測(cè)是基于兩束光在光探測(cè)器光敏面上的相干效應(yīng)，因此，光外差探測(cè)又稱為光輻射的相干探測(cè)，或差拍探測(cè)。2.2.2基本原理偏振方向相同，傳播方向平行且重合的兩束光垂直入射到光混頻器上。一束是頻率為（即原來的）的本振光，另一束是頻率為（即原來的）的信號(hào)光。光混頻器可在頻率，和頻（）及差頻（-）處產(chǎn)生輸出。但在實(shí)際情況下，光頻，及（）極高，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光外差探測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。因此在光混頻器的輸出中只需考慮頻率較低的差頻項(xiàng)，亦即中頻項(xiàng)。這個(gè)中頻信號(hào)包含了信號(hào)光所攜帶的全部信息。中頻信號(hào)經(jīng)過中頻放大器放大，解調(diào)器解調(diào)，最后得到所需要的信息。 下圖所示為光差頻探測(cè)的原理圖 圖 2.2.

12、12.2.3特點(diǎn)1. 有利于微弱光信號(hào)的探測(cè)。在光外差探測(cè)中，光混頻器輸出的中頻信號(hào)功率正比于信號(hào)光和本振光平均光功率的乘積。而在直接探測(cè)中光探測(cè)器輸出的光電流正比于信號(hào)光的平均光功率，即光探測(cè)器輸出的電功率正比于信號(hào)光平均光功率的平方。在一般情況下，入射到光探測(cè)器上的信號(hào)光功率是非常小的（尤其在遠(yuǎn)距離上的應(yīng)用，例如光雷達(dá)，光通訊等應(yīng)用），因而，在直接探測(cè)中光探測(cè)器輸出的電信號(hào)也是極其微弱的。在光外差探測(cè)過程中，盡管信號(hào)光功率非常小，但只要本振光功率足夠大，仍能得到可觀的中頻輸出。這就是光外差探測(cè)對(duì)微弱光信號(hào)的探測(cè)特別有利的原因。2. 可獲得全部信息。在直接探測(cè)中，光探測(cè)器輸出的光電流隨信號(hào)光

13、的振幅或強(qiáng)度的變化而變化，光探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的頻率或相位變化不響應(yīng)，在光外差探測(cè)中，光混頻器輸出的中頻光電流的振幅,頻率和相位都隨信號(hào)光的振幅，頻率和相位的變化而變化。這使我們能把頻率調(diào)制和相位調(diào)制的信號(hào)光像幅度調(diào)制或強(qiáng)度調(diào)制一樣進(jìn)行解調(diào)。3. 具有良好的濾波性能。在直接探測(cè)過程中，光探測(cè)器除接收信號(hào)光以外，雜散背景光也不可避免的同時(shí)入射到光探測(cè)器上，為了抑制雜散背景光的干擾，提高信號(hào)噪聲比，一般都要在光探測(cè)器的前面加上窄帶慮光片，在光外差探測(cè)過程中，只有與本振光混頻后所產(chǎn)生的輸出仍在中頻帶寬以內(nèi)的雜散背景光才能進(jìn)入探測(cè)系統(tǒng)，而其它雜散背景光所引起的噪聲則被中頻濾波器濾除掉。而且，雜散背景光不會(huì)

14、在原來信號(hào)光和本振光所產(chǎn)生的相干項(xiàng)上產(chǎn)生附加的相干項(xiàng)。因此，對(duì)于光外差探測(cè)來說，雜散背景光的影響可以略去不計(jì)，由此可見，光外差探測(cè)方法具有良好的濾波性能。4. 具有高的轉(zhuǎn)換增益。 直接探測(cè)過程是一種“包絡(luò)檢測(cè)過程”，光外差探測(cè)過程是將信號(hào)光的頻率轉(zhuǎn)換成的轉(zhuǎn)換過程。在直接探測(cè)中，光探測(cè)器輸出的信號(hào)功率。在光外差探測(cè)中，光混頻器輸出的中頻功率由此可求出光外差探測(cè)所提供的中頻功率轉(zhuǎn)換增益為 （2.2.1）在實(shí)際應(yīng)用中，本振光功率 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)光功率，故光外差的轉(zhuǎn)換增益是很高的。2.2.4應(yīng)用DOAS各類燃燒器、工業(yè)及商用鍋爐的煙氣排放造成了嚴(yán)重的空氣污染, 對(duì)煙氣中的有毒有害氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)是環(huán)境保護(hù)工

15、作的一個(gè)重要方面, 是控制污染、治理污染的必要前提。 目前, 煙氣成分檢測(cè)手段主要分為電化學(xué)方法和光學(xué)方法, 一般便攜式儀器采用的是電化學(xué)方法, 操作方便, 但不能提供完全的在線測(cè)量; 能在線測(cè)量的儀器大多采用光學(xué)方法, 有非分散紅外線法、紫外熒光法、分光光度法等, 但儀器造價(jià)均很昂貴。差分吸收光譜方法(Differential Optical Absorption Spetroscopy) 最早由德國Heidelberg大學(xué)環(huán)境物理研究所的Ulrich Platt 提出, 主要是利用吸收分子在紫外到可見波段的特征吸收來研究大氣層(平流層, 對(duì)流層) 的痕量氣體成分(等) , 通過長光程吸收可

16、以測(cè)量到濃度很低的氣體成分, 近來也出現(xiàn)了商用的DOA S 系統(tǒng), 專門用于城市、地下通道、工業(yè)礦區(qū)的SO 2、NO x、O 3、CH4 等有害氣體的監(jiān)測(cè).將DOA S 技術(shù)具體應(yīng)用到煙氣的分析測(cè)量中, 利用差分光譜計(jì)算方法對(duì)在300nm 附近的吸收光譜進(jìn)行濃度反演, 這種分析方法克服了煙氣中其它氣體成分、煙塵帶來的影響，也去除去了光源起伏、光學(xué)元件透過率、探測(cè)器光譜響應(yīng)等測(cè)量系統(tǒng)帶來的影響。DOAS原理：DOA S 方法廣泛用于大氣研究, 它基于L am bert2Beer 定律3 (2.2.2)式中 為光源發(fā)出的光強(qiáng)度, 為經(jīng)過光程L 的透過強(qiáng)度, C 表示吸收成分的濃度,是相應(yīng)的吸收截面

17、, 代表了由于大氣分子散射, 光學(xué)系統(tǒng)透過率等引起的強(qiáng)度下降,是沒有特征的寬帶結(jié)構(gòu),表示波長.2.3微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)2.3.1序論 在許多新的研究和應(yīng)用領(lǐng)域中，都涉及到微弱信號(hào)的精密測(cè)量。然而，由于任何一個(gè)系統(tǒng)都必然存在噪聲，而所測(cè)量的信號(hào)本身又相當(dāng)微弱，因此，如何把淹沒于噪聲中的有用信號(hào)提取出來的問題越來越引起人們的關(guān)注。通常從兩條不同的途徑來解決：1. 降低系統(tǒng)的噪聲，使被測(cè)信號(hào)功率大于噪聲功率，以達(dá)到信躁比大于12. 采用相關(guān)接收技術(shù)，可以保證在的情況下，仍能檢測(cè)出信號(hào)。 在光電探測(cè)系統(tǒng)中，噪聲來自信號(hào)光，背景光，光電探測(cè)器及電子電路。系統(tǒng)的干擾主要來自背景光干擾和系統(tǒng)以外的市電，電火花

18、，空間高頻電磁場(chǎng)干擾等。通常抑制這些噪聲和干擾的方法是：合理壓縮系統(tǒng)視場(chǎng)，在光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上抑制背景光，加適當(dāng)光譜濾波器，空間濾波器等以抑制背景光干擾。合理選擇光信號(hào)的調(diào)制頻率，使信號(hào)頻率遠(yuǎn)離市電頻率和空間高頻電磁波頻率，偏離1/f噪聲為主的區(qū)域，以使光電探測(cè)系統(tǒng)在工作的波段范圍內(nèi)達(dá)到較高的信噪比。此外，在電子學(xué)信號(hào)處理系統(tǒng)中采用低噪聲放大技術(shù)，選取適當(dāng)?shù)碾娮訛V波器限制系統(tǒng)帶寬，以抑制內(nèi)部噪聲及外部干擾。保證系統(tǒng)的信噪比大大改善，即使信號(hào)交微弱時(shí)，也能得到S/N>1的結(jié)果。但當(dāng)信號(hào)非常微弱，甚至比噪聲小幾個(gè)數(shù)量級(jí)或者說信號(hào)完全被噪聲深深淹沒時(shí)，再采用上述的方法，就不會(huì)有效，必須利用信號(hào)和噪

19、聲再時(shí)間特性方面的差別，也即利用信號(hào)和噪聲在統(tǒng)計(jì)特性上的差別去區(qū)別它們，來提取被噪聲淹沒的極微弱的信號(hào)，即采用相關(guān)檢測(cè)原理來提取信號(hào)。2.3.2相關(guān)檢測(cè)原理利用信號(hào)在時(shí)間上相關(guān)這一特性，可以把深埋于噪聲中的周期信號(hào)提取出來，這種提取方法稱為相關(guān)檢測(cè)或相干接收，是微弱信號(hào)檢測(cè)的基礎(chǔ)。從原則上講，用通頻帶很窄的濾波器也可以從噪聲中提取信號(hào)，但濾波器大的中心頻率必須調(diào)在信號(hào)頻率上。對(duì)于周期不固定或者頻率不能做到絕對(duì)恒定的信號(hào)，濾波器的通頻帶不能過窄，因此信躁比的改善不可能太大。相關(guān)檢測(cè)相當(dāng)于一個(gè)跟蹤濾波器，因而沒有這方面的限制。信號(hào)的相關(guān)性用相關(guān)函數(shù)來描述，它代表線性相關(guān)的度量，是隨機(jī)過程在兩個(gè)不同

20、時(shí)間相關(guān)性的一個(gè)重要統(tǒng)計(jì)參量。在討論微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)之前，有必要對(duì)信號(hào)的相關(guān)性及相關(guān)檢測(cè)原理作一簡單介紹。a) 相關(guān)函數(shù) 相關(guān)函數(shù)分為自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)。1) 自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)是度量一個(gè)變化或隨機(jī)過程在和兩個(gè)時(shí)刻線性相關(guān)的統(tǒng)計(jì)參量，它是t和兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔的函數(shù)，定義為 （2.3.1）式中，為延遲時(shí)間，T為觀察時(shí)間，x(t)表示隨機(jī)過程的一個(gè)樣本函數(shù)。根據(jù)維納肯欣定理，x(t)的功率譜密度與之間滿足傅立葉變換關(guān)系，即 （2.3.2）分析表明，自相關(guān)函數(shù)具有下列性質(zhì)：I. 即為的偶函數(shù)。II. 在原點(diǎn)處最大，并且代表x(t)變化量的平均功率。III. 若變化量x(t)不包含周期性分量，則

21、將隨的增加從最大值逐漸下降,衰減的越快，表示變化量x(t)相關(guān)性越小，由于白噪聲在不同時(shí)期是不相關(guān)的，或其相關(guān)性很小，所以它的，隨著的增加衰減的非常迅速。IV. 若變化量x(t)為規(guī)則函數(shù)，即包含有周期信號(hào)分量，則自相關(guān)函數(shù)也將包含有周期性分量。若x(t)為一純周期信號(hào)，則自相關(guān)函數(shù)將包含原信號(hào)的基波與所有諧波。2) 互相關(guān)函數(shù)互相關(guān)函數(shù)是度量兩個(gè)隨機(jī)過程x(t),y(t)間的相關(guān)性函數(shù)，定義為 （2.3.3）式中為所考慮時(shí)間軸上兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔。 如果兩個(gè)隨機(jī)過程互相完全沒有關(guān)系，則其互相關(guān)函數(shù)將為一個(gè)常數(shù)，并等于兩個(gè)變化量平均值的乘積，若其中一個(gè)變化量平均值為零，則兩個(gè)變化量互相關(guān)函數(shù)將處

22、處為零，即完全獨(dú)立不相關(guān)。 如果兩個(gè)變化量是具有相同基波頻率的周期函數(shù)，則它們的互相關(guān)函數(shù)將保存它們的基波頻率以及兩者所共有的諧波?；ハ嚓P(guān)函數(shù)中基波及諧波的相位為兩個(gè)原函數(shù)的相位差。b) 相關(guān)檢測(cè)簡單來說相關(guān)檢測(cè)就是利用信號(hào)具有良好的時(shí)間相關(guān)和不相關(guān)，使信號(hào)進(jìn)行積累而噪聲不積累的原理，從而把被噪聲淹沒的信號(hào)提取出來。相關(guān)檢測(cè)分為自相關(guān)和互相關(guān)檢測(cè)。 1) 自相關(guān)檢測(cè)如下所示為自相關(guān)檢測(cè)的原理圖 圖 2.3.1圖中x(t)代表被測(cè)信號(hào)，它由被測(cè)信號(hào)和噪聲信號(hào)組成，即 (2.3.4)將經(jīng)過自相關(guān)處理，即把x(t)分成兩路信號(hào)，其中一路經(jīng)過延時(shí)器D延遲一段時(shí)間，表示為，將未經(jīng)延遲的x(t)與同時(shí)送入

23、乘法器，再將其輸出經(jīng)過積分運(yùn)算處理，最后便得到的自相關(guān)信號(hào) 。在實(shí)際測(cè)量中，只能對(duì)作有限時(shí)間的測(cè)量，設(shè)測(cè)量時(shí)間從0開始，到T結(jié)束，則短時(shí)間相關(guān)函數(shù)為 （2.3.5）將代入上式，則 （2.3.6）式中，分別為信號(hào)和噪聲的自相關(guān)函數(shù)，,為信號(hào)與噪聲的互相關(guān)函數(shù)，由于信號(hào)與噪聲互不相關(guān)，并假設(shè)噪聲的平均值為零，則根據(jù)相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)有，則 （2.3.7） 由于噪聲在時(shí)間上的不相關(guān)性，隨時(shí)間的增加很快衰減至零，相反，周期信號(hào)是相關(guān)的，將隨時(shí)間的增加遠(yuǎn)大于。這樣，被測(cè)信號(hào)x(t)作自相關(guān)處理后，其輸出信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)近似為 （2.3.8）上式表明，經(jīng)過自相關(guān)處理后，保留了信號(hào)，抑制了噪聲，這就是相關(guān)檢測(cè)要達(dá)到的目的。自相關(guān)檢測(cè)輸出波形： 圖2.3.2 2) 互相關(guān)檢測(cè)與自相關(guān)檢測(cè)類似，互相關(guān)檢測(cè)是利用一個(gè)與待測(cè)信號(hào)同頻率的信號(hào)y(t)，對(duì)被噪聲干擾的信號(hào)作互相關(guān)處理 （2.3.8）上式表明，最后輸出的信號(hào)只保留與參考信號(hào)相關(guān)的信號(hào)部分，噪聲卻被完全抑制掉零了，但在實(shí)際測(cè)量中，由于測(cè)量時(shí)間有限，對(duì)短時(shí)間的互相關(guān)函數(shù) （2