信號檢測_鎖相放大器設(shè)計

1、.信號檢測理論課外作業(yè)鎖相放大器的Simulink仿真設(shè)計姓 名： 潘世強 學(xué) 號： 20110802096 學(xué) 院： 光電工程學(xué)院 重慶大學(xué)光電工程學(xué)院二0一一年十一月；.鎖相放大器的Simulink仿真設(shè)計1.鎖相放大器的原理光聲信號的幅度一般較小，通常是在微伏數(shù)量級，伴隨的噪聲可能是光聲信號的數(shù)十倍。這里我們運用鎖相放大器實現(xiàn)相關(guān)運算，從而抑制非相關(guān)噪聲來提高信噪比。1.1 鎖相放大器的基本構(gòu)成鎖相放大器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。由信號通道、參考通道、相敏檢測器（PSD）和低通濾波器組成。其中，信號通道對調(diào)制正弦信號輸入進行交流放大，將微弱信號放大到足以推動相敏檢測器工作電平，濾除并抑制干擾

2、信號；參考通道一般是輸入等幅度的正弦信號或方波信號，它可以是從外部輸入的某種周期信號，也可以是系統(tǒng)內(nèi)原先用于調(diào)制的載波信號或用于斬波的信號；PSD以參考信號R(t)為基準，對有用信號X(t)進行相敏檢測，從而實現(xiàn)頻譜遷移過程，實現(xiàn)信號檢測。1.2鎖相放大器的信號處理被檢測信號：其中，、分別為有用信號的幅度、頻率和相位；為雜亂無章的白噪聲；、 為其他頻率的噪聲所對應(yīng)的幅度、頻率和相位，在理想情況下，。 參考信號為正弦信號：其中、均為已知。相敏檢測器輸出信號：當有用信號頻率與參考信號的頻率相等，即時，除了與參考信號和被檢測信號兩者相位差相關(guān)的直流信號外，其余信號都是頻率較高的交變信號。于是，將乘法

3、器的輸出信號經(jīng)過一個低通濾波器，濾除高頻率信號，得到直流信號。2.鎖相放大器的設(shè)計2.1鎖相放大器的原理設(shè)計我們可以看到，當參考信號與有用信號的相位差為90時，輸出的直流信號的值為0，此時我們將無法檢測出有用的信號。這里我們采用正交矢量型鎖相放大器來解決此問題。正交矢量型鎖相放大器實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示： 正交矢量型鎖相放大器是利用兩個正交的分量計算出幅度和相位，即采用兩個同頻率的參考信號和，它們的相位相差90度，分別與輸入信號相乘得到和，兩束信號經(jīng)過低通濾波器后分別得到兩束直流信號和。則輸出信號，其中參考信號的幅度已知，即可求得有用信號的幅值。同時，由 求得相位可獲得參考信號與有用信號的相位差。2.2鎖相放大器的Simulink仿真設(shè)計根據(jù)設(shè)計原理圖，利用Matlab中的Simlink對鎖相放大器進行仿真，根據(jù)設(shè)計要求，得到如下鎖相放大器的仿真系統(tǒng)圖：3仿真結(jié)果3.1系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號輸入信號有用信號為的正弦信號，白噪聲的功率，諧波干擾信號為的正弦信號，輸入的參考信號為正弦信號，分別為。以上輸入信號的波形圖分別如下所示：輸出信號3.2 相關(guān)信號的信噪比假定有用信號的功率為，噪聲的功率為，定義以下式子為信號 的信噪比（SNR）。,其中 輸入信號的信噪比（SNRin）噪聲信號的功率；有用信號的功率；諧波干擾信號的功率因此，輸入信號的信噪比 輸出信號的