微弱信号检测理论与技术

本书介绍强背景噪声下微弱信号检测的基本理论、方法、技术及其应用。全书分10章，主要内容包括随机信号的基本理论，随机信号通过系统的响应，电噪声理论，噪声中信号参量的估计，最小均方误差线性滤波器（维纳滤波器、卡尔曼滤波器、自适应滤波器），信号的功率谱估计，锁定放大器，取样积分器，光子计数器，电磁干扰及其抑制。

第1章 随机信号及其描述 1
1.1 随机过程与随机信号的概念 2
1.2 随机信号的统计特性 5
1.2.1 随机信号的概率密度函数 5
1.2.2 平稳随机过程的概率密度函数 6
1.3 随机信号的数字特征 8
1.4 几种概率分布与随机过程 10
1.4.1 正态分布 10
1.4.2 韦布尔分布 11
1.4.3 泊松分布与泊松过程 13
1.4.4 马尔可夫过程 14
1.5 随机信号的相关函数 16
1.5.1 自相关函数 17
1.5.2 互相关函数 24
1.5.3 相关函数与卷积的关系 27
1.6 功率谱密度 27
1.6.1 随机信号的功率谱密度 27
1.6.2 几种典型信号的功率谱密度 29
1.6.3 功率谱的性质 30
1.6.4 互谱密度 32
第2章 线性时不变系统对随机信号的响应 34
2.1 概述 35
2.2 输出随机信号的概率分布及其特点 35
2.3 SISO线性时不变连续系统对随机信号的响应 36
2.3.1 系统输出的均值和均方 36
2.3.2 系统输出的自相关与功率谱密度 37
2.3.3 白噪声通过线性时不变系统 38
2.3.4 系统输入与输出之间的互相关与互谱密度 40
2.4 非平稳随机信号通过系统的响应 41
2.5 SISO线性时不变离散时间系统对随机信号的响应 42
2.6 线性时不变系统的相关辨识 44
2.6.1 相关辨识的基本原理 44
2.6.2 利用白噪声对系统进行辨识 44
2.6.3 利用伪随机信号对系统进行辨识 45
2.6.4 激励与响应都存在噪声时的分析 47
第3章 电噪声与噪声模型 50
3.1 噪声的基本概念 51
3.1.1 干扰与噪声 51
3.1.2 噪声的统计特性 51
3.1.3 白噪声与有色噪声 53
3.1.4 限带白噪声 55
3.1.5 窄带噪声 55
3.1.6 等效噪声带宽 55
3.1.7 信噪比与信噪改善比 58
3.2 电阻的噪声 58
3.2.1 热噪声 58
3.2.2 过剩噪声 60
3.3 半导体二极管的噪声 63
3.3.1 散弹噪声 63
3.3.2 闪烁噪声 64
3.3.3 产生-复合噪声 64
3.3.4 1/f噪声 64
3.4 双极晶体管的噪声 65
3.5 场效应管的噪声 66
3.6 放大器的噪声 67
3.7 噪声系数 69
3.7.1 放大器的噪声系数 69
3.7.2 放大器的最小输入信号 71
3.7.3 级联放大器的噪声系数 72
3.8 减小噪声的措施 73
第4章 噪声中信号参量估计 75
4.1 优选后验概率估计 76
4.2 优选似然估计 78
4.3 贝叶斯估计 79
4.3.1 贝叶斯估计准则 80
4.3.2 几种典型的贝叶斯估计 81
4.4 信号的幅值与相位估计 83
4.4.1 幅值估计 84
4.4.2 相位估计 85
4.5 线性最小方差估计 87
4.5.1 线性最小均方估计 87
4.5.2 线性递推估计 89
4.5.3 独立很好组合估计 91
4.6 最小二乘估计 92
4.6.1 数量情况的最小二乘估计 92
4.6.2 矢量情况的最小二乘估计 94
4.7 估计质量评估 95
4.7.1 估计量的性能 96
4.7.2 克拉默-拉奥限 97
第5章 最小均方误差线性滤波器 100
5.1 维纳滤波理论 101
5.1.1 最小均方误差准则 101
5.1.2 维纳滤波解的积分形式 103
5.1.3 维纳滤波解的正交形式 104
5.1.4 数字维纳滤波器 105
5.1.5 维纳滤波器的实现 106
5.1.6 离散随机过程的时间序列模型 110
5.2 卡尔曼滤波及预测 112
5.2.1 状态方程 112
5.2.2 信号模型与观测模型 113
5.2.3 标量信号卡尔曼滤波 114
5.2.4 标量信号卡尔曼预测 118
5.2.5 矢量信号卡尔曼滤波及预测 119
5.2.6 卡尔曼滤波在电能质量分析中的应用 122
5.3 自适应滤波 123
5.3.1 噪声抵消原理 123
5.3.2 自适应滤波器的应用举例 125
5.3.3 模拟式自适应滤波器 127
5.3.4 数字式自适应滤波器 130
5.3.5 磁阵列传感器电流测量自适应滤波算法 131
第6章 噪声中信号谱估计 135
6.1 周期图法谱估计 137
6.1.1 周期图法 137
6.1.2 平均周期图法 141
6.1.3 修正的平均周期图法 142
6.1.4 噪声对谱估计性能的影响 149
6.1.5 采用互谱估计的周期图法 151
6.2 相关功率谱估计法（BT法） 152
6.3 具有观测噪声的AR(p)信号谱估计 154
6.3.1 尤尔-沃克方程 154
6.3.2 观测噪声对功率谱估计的影响 155
6.3.3 修正的尤尔-沃克方程 156
6.4 具有观测噪声的正弦组合信号谱估计 158
6.5 优选似然谱估计 161
第7章 锁定放大器 164
7.1 锁定放大器概述 165
7.2 锁定放大器的构成及基本原理 166
7.2.1 锁定放大器的基本结构 166
7.2.2 锁定放大器的基本原理 167
7.2.3 参考信号的获取 169
7.2.4 将直流信号转换成交流信号 170
7.2.5 参考信号的相位 172
7.3 正交锁定放大器 173
7.3.1 正交锁定放大器原理 173
7.3.2 正交锁定放大器的Simulink建模与仿真 174
7.4 相关解调器的频率特性 176
7.4.1 幅频特性 176
7.4.2 相敏特性 177
7.5 开关式相关解调器 178
7.6 数字锁定放大器 180
7.7 锁定放大器的应用 182
第8章 取样积分器 188
8.1 取样积分器的基本原理 189
8.1.1 周期信号的取样 190
8.1.2 取样信号的积累平均 192
8.2 取样积分器的频域分析 192
8.3 模拟式取样积分器 195
8.3.1 定点取样积分器 195
8.3.2 扫描式取样积分器 202
8.4 数字信号平均器 203
8.5 应用举例 207
第9章 光子计数器 212
9.1 光子量子特性 213
9.2 光电倍增管 214
9.2.1 光电倍增管的组成 214
9.2.2 光电倍增管的工作电路 216
9.2.3 光电倍增管的噪声 218
9.2.4 光电倍增管的暗计数及脉冲堆积效应 219
9.3 光子计数器原理 221
第10章 电磁干扰与抑制 225
10.1 电磁干扰概述 226
10.2 电磁干扰的途径 227
10.2.1 传导耦合 227
10.2.2 电场耦合 230
10.2.3 磁场耦合 231
10.2.4 电磁辐射耦合 233
10.3 电磁屏蔽 239
10.3.1 屏蔽措施及屏蔽体 239
10.3.2 屏蔽效能及屏蔽设计原则 240
10.3.3 孔洞造成的电磁泄漏及其防护 242
10.4 电路接地 243
10.4.1 电力系统与电气设备的接地 243
10.4.2 电磁兼容中的接地 243
10.5 电缆屏蔽层接地 246
10.5.1 屏蔽层与芯线之间的耦合 246
10.5.2 电缆屏蔽层接地抑制电场耦合干扰 249
10.5.3 电缆屏蔽层接地抑制磁场耦合干扰 251
10.6 放大器输入回路接地 256
10.7 其他干扰抑制技术 261
参考文献 263