研究生课程教学大纲 - 微弱信号检测技术.doc

浙江大学研究生课程教学大纲一、基本情况课程编号中文课程名称 2421017 开课（院）系航空航天学院开课学期春夏授课语言中文工作证号 0008712 联系电话 87952042 微弱信号检测技术英文课程名称 Detection of Weak signals 任课教师 1 王慧泉 E-mail： hqwang@zju.edu.cn 任课教师 2 职称副研职称 E-mail：工作证号联系电话（手机）自学课内总学时数及其分配（1 学分 16 学时） 48 讲课 38 讨论 6 实验其他学分数 3 考核方式 4 课程论文在研究自然现象和规律的科学研究和工程实践中，经常会遇到微弱信号检测问题，如测定地震波形和波速、材料分析时测量荧光光强、卫星信号接收等。当被测信号非常微弱时，很容易被噪声淹没，对它们的检测往往十分困难。微弱信号不只意味着信号幅度很小，而主要指的是被噪声淹没的信号， “微弱”是相对于噪声而言的。只有在有效抑制噪声条件下放大微弱信号幅度，才能提取出有用信号。微弱信号检测就是利用近代电子学和信号处理方法从噪声中提取有用二、课程内容信号的一门新兴技术学科。微弱信号检测是专门针对噪声的技术，其主要任中文简介（不务是提高信噪比。为了从噪声中提取出有用信号，需要研究噪声来源和性质，少于 300 字）分析噪声产生原因和规律，以及噪声传播途径，有针对性地采取有效措施抑制噪声；研究被测信号和噪声的统计特性及其差别，以寻找从背景噪声中检测出有用信号的理论和方法。微弱信号检测是发展高新技术、探索及发现新的自然规律的重要手段，对推动很多领域的发展具有重要的应用价值。本课程运用随机噪声理论分析噪声产生的原因和传播规律，研究被测信号和噪声的统计特征及差别；运用电子学和信号处理方法分析电路中噪声和干扰的抑制方法，从而达到检测被背景噪声覆盖的微弱信号的目的。介绍锁相放大、采样积分、相关检测、自适应降噪等几种行之有效的微弱信号检测方法和技术。微弱信号检测技术仍在持续发展，新的研究成果不断涌现。例如，基于人工神经网络、小波变换、混沌理论的微弱信号检测理论和方法都已经取得可喜的进展，本课程将简单介绍该方面最新研究成果。本课程内容包括以下四个方面： 1、噪声基础知识：主要介绍随机噪声及其统计特征；电路内部固有噪声源及其特性；干扰噪声的来源、特点及各种耦合途径，屏蔽和接地对各种干扰噪声抑制作用；低噪声放大器设计和电子电路中噪声和干扰的抑制方法等内容。 2、典型微弱信号检测方法：介绍锁定放大、取样积分、相关检测、自适应噪声抵消等常规微弱信号检测方法与技术。 3、微弱信号检测和处理新方法：主要介绍维纳滤波、混沌中信号检测等噪声中信号恢复的基本理论和方法。并简单介绍人工神经网络、小波变换等方法最新研究成果。 4、MEMS 系统微弱信号检测实例。 To detect the electric signal in nano-volt level and minimize noise pickup are frequent practice in scientific research and engineering. The detection and analyses of seismic signal, the measurement of the intensity of florescence when analyzing special materials, the receiving of the signals transmitted by satellites, the detection of infrared or bio-electrical signal and etc. are all instances of the application of low level signal detection technique. Based on electronics and information science, the graduate course Low-noise electronic Design ， Detection of Signal in Noise will introduce intrinsic noise generation mechanism and the noise in active devices ， provide a standard set of noise parameters that can be used to analyze noise in various devices. The course will also present the fundamentals of prevailing signal processing theories and methods, and will cover noise suppression and interference eliminating technique in the purpose of picking up and making measurement of 三、课程内容外文简介 low level signal from intensive background noise and interference. Many fundamentals of theories and technologies are involved in the practice of low-noise electronic design and detection of signal in noise. By making comprehensive use of distinct statistic characteristics of signal and noise, the low level signal detection technology is able to improve measurement resolution and accuracy greatly, and it is also a key measure to explore nature phenomenon, make discoveries and develop new technology. Low-level signal detection technology is widely used in physics, chemistry, biomedicine, remote sensing technique, material science and etc. By means of the concerned principle and method, many low level signals undetectable with traditional method, like weak florescence, nanometer-displacement, micro-vibration, small change of temperature for instance, can be measured. The contents of this course cover three aspects as follows, 1.Fundamentals of electric noise and low noise electronic design. Mainly introduce the statistic characteristics of random noise, intrinsic noise sources, noise models, low noise preamplifier and its parameters design, the methods of elimination or really avoidance of electromagnetic interference. 2.Typical low level signal detection method and instruments. Mainly analysis on the principles of correlation detection and its applications. 3.Low level signal detection and processing methods. Mainly introduce the fundamentals of some prevailing signal processing methods for rehabilitating signal from noise such as Wiener filter, matching filter, adaptive filter,and signal detection in chaos. Some advanced signal processing methods and their application for low level signal detection is also briefly introduced. 四、预备知识或先修课程模拟电子线路要求通过本课程的学习，获得对噪声的统计特性、噪声源、常用电子元器件噪声模型等基本概念，低噪声电路的设计方法，噪声中微弱信号的检测和处理方法等全面的了解，有足够的理论深度；对具体微弱信号检测工程问题能够提出合理的解决方案。（一）通过本门课程的学习，使学生掌握随机噪声概率密度函数、均值、方五、教学目的差等参数，熟悉几种常见随机噪声的性质；了解放大器的噪声源和噪声特性，与要求（不少熟悉几种器件如二极管、三极管、场效应管的噪声模型，了解低噪声放大器于 200 字）设计方法；了解环境噪声来源及传导途径；熟悉几种微弱信号检测方法。（二）使学生掌握随机噪声的分析与设计方法，根据这些方法设计出适合工程要求的前置放大器即低噪声放大器，同样，根据这些方法指导高精度及高速 PCB 电路的设计。（三）培养学生运用所学知识对随机噪声和环境噪声进行分析的能力；激发学生的求知热情和创新欲望。《微弱信号检测技术》，刘俊等，电子工业出版社六、教材或讲《微弱信号检测》，高晋占，清华大学出版社义七、参考书目八、教学日历（授课内容详细至二级标题，实验课、讨论课写出题目或主题）周次 1 教学内容（包括课堂讲授、实验、讨论、考试等）第 1 章微弱信号检测与随机噪声 (3) 备注 2 第 1 章微弱信号检测与随机噪声 (3) 3 第 2 章物理噪声源和噪声特性 (3) 4 第 2 章物理噪声源和噪声特性 (3) 5 第 3 章干扰噪声及其抑制 (3) 6 第 3 章干扰噪声及其抑制 (1) 第 4 章低噪声电路设计 (2) 7 第 4 章低噪声电路设计 (2) 第 5 章相关检测理论 (1) 8 第 5 章相关检测理论 (3) 9 第 6 章锁定放大 (3) 10 第 6 章锁定放大 (1) 第 7 章取样积分与数字式平均 (2) 11 第 7 章取样积分与数字式平均 (2) 第 8 章自适应噪声抵消 (1) 12 第 8 章自适应噪声抵消 (3) 13 第 9 章微弱信号的检测方法及其发展 (3) 14 第 9 章微弱信号的检测方法及其发展 (3) 15 第 10 章 MEMS 系统微弱信号检测实例 (3) 16 第 10 章 MEMS 系统微弱信号检测实例 (3) 九、备注