本書所講述的微弱信號檢測是利用近代電子學和信號處理方法從噪聲中提取有用信號的一門新興的技術學科。
第1章
微弱信號檢測與隨機噪聲
1.1微弱信號檢測概述
第1章微弱信號檢測與隨機噪聲
1.1微弱信號檢測概述
“微弱信號”不僅意味著信號的幅度很小,而且主要指的是被噪聲淹沒的信號,“微弱”是相對於噪聲而言的。為瞭檢測被背景噪聲覆蓋著的微弱信號,人們進行瞭長期的研究工作,分析噪聲産生的原因和規律,研究被測信號的特點、相關性以及噪聲的統計特性,以尋找齣從背景噪聲中檢測齣有用信號的方法。
微弱信號檢測技術的首要任務是提高信噪比,這就需要采用電子學、信息論、計算機和物理學的方法,以便從強噪聲中檢測齣有用的微弱信號,從而滿足現代科學研究和技術開發的需要。微弱信號檢測技術不同於一般的檢測技術,它注重的不是傳感器的物理模型和傳感原理,也不是相應的信號轉換電路和儀錶實現方法,而是如何抑製噪聲和提高信噪比,因此可以說,微弱信號檢測是一門專門抑製噪聲的技術。
對於各種微弱的被測量,例如弱光、弱磁、弱聲、小位移、小電容、微流量、微壓力、微振動、微溫差等,一般都是通過相應的傳感器將其轉換為微電流或低電壓,再經放大器放大其幅度,以期指示被測量的大小。但是,由於被測量的信號微弱,傳感器的本底噪聲、放大電路及測量儀器的固有噪聲以及外界的乾擾噪聲往往要比有用信號的幅度大得多,放大被測信號的過程同時也放大瞭噪聲,而且必然還會附加一些額外的噪聲,例如放大器的內部固有噪聲和各種外部乾擾噪聲,因此隻靠放大是不能把微弱信號檢測齣來的。隻有在有效地抑製噪聲的條件下增大微弱信號的幅度,纔能提取齣有用信號。為瞭達到這樣的目的,必須研究微弱信號檢測的理論、方法和設備。
為瞭錶徵噪聲對信號的覆蓋程度,人們引入瞭信噪比(signal�瞡oise ratio,簡記為SNR)的概念,信噪比指的是信號S與噪聲N之比,即
SNR=S/N(1��1)
信噪比可以是電壓或電流的有效值比值,一般錶示為SNRV或SNRI; 也可以是功率比值,一般錶示為SNRP。微弱信號檢測的關鍵是提高信噪比。評價一種微弱信號檢測方法的優劣,經常采用兩種指標: 一種是信噪改善比SNIR(signal noise improvement ratio),另一種是有效的檢測分辨率。SNIR定義為
SNIR=SNRoSNRi(1��2)
式中,SNRo是係統輸齣端的信噪比,SNRi是係統輸入端的信噪比。SNIR越大,錶明係統抑製噪聲的能力越強。因為SNRV和SNRp之間為平方關係,相應的SNIR之間也是平方關係。所以,在述及信噪比或信噪改善比時,必須說明是哪一種。
微弱信號檢測的另一種指標是檢測分辨率,它的定義是檢測儀器示值可以響應與分辨的輸入量的最小變化值。檢測分辨率不同於檢測靈敏度,後者定義為輸齣變化量Δy與引起Δy 的輸入變化量Δx之比,即靈敏度等於Δy/Δx。也就是說,靈敏度錶示的是檢測係統標定麯綫的斜率。一般情況下,靈敏度越高,分辨率越好。但是,提高係統的放大倍數可以提高靈敏度,但卻不一定能提高分辨率,因為分辨率要受噪聲和檢測誤差的製約。
錶1��1對比瞭常規檢測方法與微弱信號檢測方法所能達到的最高分辨率和SNIR(有效值),錶中最後一行是專門從事微弱信號檢測儀器生産的吉時利(Keithley)公司的産品近年能夠達到的指標。從這些指標中可以看齣微弱信號檢測技術發展的大緻水平。
錶1��1檢測的最高分辨率
檢測量
電壓/nV電流/nA溫度/K電容/pF微量分析/剋分子SNIRV
常規檢測方法1030.110-40.110-510
微弱信號檢測方法0.110-55×10-710-510-8105
吉時利公司10-310-810-6
抑製噪聲以提高信噪比的研究工作由來已久,可以說從電子器件和電子學誕生的年代開始,人們一直在探索抑製噪聲的技術。自從1962年第一颱鎖相放大器問世的四十多年來,經過很多科學工作者的不懈努力,微弱信號檢測技術得到瞭長足的發展,信噪改善比SNIR得到不斷提高。到20世紀80年代末,微弱信號檢測的SNIRV可達105,近年在一些專門檢測領域(例如微弱電流)SNIRV已能達到107,從而推動瞭物理、化學、電化學、天文、生物、醫學等學科的發展。目前,微弱信號檢測的原理、方法和設備已經成為很多領域中進行現代科學研究不可缺少的理論和手段,而未來科技的發展也必將對微弱信號檢測技術提齣更高的要求。
1.2常規小信號檢測方法
1.2常規小信號檢測方法
與微弱信號相比,小信號的信噪比要高得多,其檢測技術也要成熟得多。但是,就提高信噪比,從而檢測齣被噪聲汙染的有用信號這一點來看,小信號檢測與微弱信號檢測具有一定的共同之處。經過多年的研究和實踐,人們已經掌握瞭一些行之有效的小信號檢測方法,其中的一些方法還被成功地應用到檢測儀器儀錶産品之中。瞭解這些小信號檢測的成熟手段和方法,對於微弱信號檢測具有一定的參考價值。
拿到這本書的時候,我主要是被它的“第2版”這個字眼吸引,想著應該比第一版更成熟、內容更充實。果然,它沒有讓我失望。這本書的講解方式非常獨特,作者仿佛是在跟我進行一場深入的對話,語言風格相對輕鬆,但又不失嚴謹。他善於運用生動形象的比喻來解釋抽象的數學概念,比如在講解信噪比對檢測性能的影響時,他用“大海撈針”的比喻,一下子就讓我明白瞭其中的關鍵。書中關於假設檢驗的論述,也比我之前看過的任何教材都要透徹,從最基本的 Neyman-Pearson 準則,到更高級的似然比檢驗,作者都給齣瞭非常詳盡的分析。讓我印象深刻的是,書中還專門開闢瞭一章來討論信號模型的不確定性對檢測性能的影響,以及如何在這種情況下設計魯棒的檢測器。這在很多入門書籍中是比較少見的,也充分體現瞭作者在理論和實踐之間的深刻洞察。我特彆贊賞作者在描述不同檢測方法的優缺點時,能夠結閤實際的計算復雜度、實時性要求等因素進行綜閤評價,這對於工程應用非常有指導意義。
評分這本書給我最深的感受,是它的“專業深度”與“通俗易懂”的完美結閤。作者在處理微弱信號檢測中的各種數學模型時,都能用一種非常清晰、有條理的方式進行呈現,讓你在理解復雜推導的同時,不會迷失方嚮。我尤其欣賞他關於水印技術和圖像復原等實際應用章節的講解,將抽象的信號檢測理論巧妙地融入到具體的應用場景中,讓我看到瞭理論的強大生命力。書中對卡爾曼濾波在目標跟蹤和信號估計中的應用,以及其與微弱信號檢測的結閤,也讓我眼前一亮。讓我感到驚喜的是,書中還提到瞭一些關於自適應檢測算法的最新進展,雖然篇幅不多,但足以勾勒齣該領域前沿的輪廓。這本書的排版也很舒服,大量的公式和圖錶都有很好的邏輯關係,閱讀起來不會感到枯燥。總而言之,這本書不僅是學習微弱信號檢測理論的優秀教材,也是理解其在工程實踐中應用的絕佳參考。
評分說實話,這本書的閱讀體驗,對於我來說,更像是在進行一次思維的“探險”。它不是那種簡單堆砌知識的書,而是引導你一層一層地剝開問題的本質。作者在處理各種檢測準則時,都非常注重其背後的統計學原理,讓你不僅知道“怎麼做”,更能明白“為什麼這麼做”。我特彆喜歡他分析各種性能指標,比如檢測概率、虛警概率、以及ROC麯綫等,都給齣瞭非常直觀的解釋。而且,書中還引入瞭一些現代信號處理的理念,比如基於模型和非模型信號的檢測方法,以及一些機器學習在微弱信號檢測中的應用展望,這些內容讓我看到瞭這個領域未來的發展方嚮。這本書的目錄設計也非常閤理,邏輯性很強,從基礎概念到復雜算法,再到實際應用,層層遞進。即使遇到一些晦澀難懂的數學公式,作者也會通過大量的圖錶和文字說明來輔助理解,這對於我這種數學功底一般但又渴望深入學習的讀者來說,無疑是極大的福音。
評分這本書,我斷斷續續啃瞭一個多月,算是對“微弱信號檢測”這個領域有瞭個大緻的瞭解。坦白說,初次翻開時,被那厚厚的篇幅和密密麻麻的公式給嚇到瞭。不過,隨著深入閱讀,我發現作者在引言部分做瞭非常細緻的鋪墊,從最基礎的概率論、統計學概念講起,像是在為完全沒有基礎的讀者打地基。這種循序漸進的方式,讓我這個非科班齣身的讀者也能逐漸跟上思路。書中對各種經典信號處理算法的闡述,比如匹配濾波、維納濾波等,都配有詳細的推導過程和清晰的圖示,這一點我特彆喜歡。而且,作者並沒有止步於理論,還穿插瞭一些實際應用案例,比如在通信、雷達、生物醫學等領域是如何應用的,這極大地激發瞭我對這個領域進一步探索的興趣。雖然有些章節的數學推導我可能需要反復琢磨,但總體而言,這本書提供瞭一個非常紮實且全麵的入門框架。我特彆欣賞書中對噪聲模型的討論,它不僅介紹瞭高斯白噪聲,還涵蓋瞭更復雜的噪聲類型,並給齣瞭相應的檢測策略,這對於處理真實世界中的復雜信號非常有幫助。
評分這本書的價值,我覺得體現在其“厚積薄發”的講解風格上。它並沒有一開始就拋齣復雜的理論,而是循序漸進,仿佛是在幫你一點點搭建起認識微弱信號檢測的“大廈”。我特彆欣賞書中對貝葉斯決策理論的引入,它為理解最優檢測器提供瞭一個更深層次的理論基礎。作者在分析不同先驗概率和代價矩陣對檢測結果影響時,給齣的例子非常貼切,讓我能夠清晰地理解這些抽象概念在實際問題中的意義。另外,書中關於參數估計和信號檢測相結閤的論述,也讓我受益匪淺,認識到在很多實際應用中,這兩個問題是緊密相連的。對於我這種希望將理論知識應用於實際工程項目的人來說,書中關於各種檢測器在不同噪聲環境下性能的對比分析,以及對實際係統設計的一些建議,都非常有參考價值。它就像一本精心打磨的“工具書”,不僅教你原理,更教你如何“用”。
評分經典書,有些地方讀不明白,嗬嗬
評分這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!這本書不錯!值得大傢好好看看!
評分剛翻瞭一下,感覺還可以,有點用的
評分價格便宜,質量不錯,真心好用
評分書的內容還行,慢慢看
評分由組成檢測電路的元件産生的內部噪聲稱之為固有噪聲,它是由電荷載體的隨機運動所引起的。例如,散彈噪聲就是流過勢壘(如半導體結)的電流的隨機成分,它是由載流子隨機越過勢壘所引起的。熱力引起的載流子的隨機運動是熱噪聲的根源,其幅度取決於溫度,也與導體的電阻值有關,即使沒有電流流過導體,熱噪聲依然存在。
評分正版書價格便宜送貨也及時
評分裝訂有問題 有幾頁裝反瞭 還好不缺頁
評分為瞭把微弱信號幅度放大到人們可以感知的幅度,必須使用放大器和其他電路對其進行處理。但是,電子係統內部幾乎所有的器件本身往往就是噪聲源,在放大微弱信號的同時,這些噪聲源産生的噪聲同樣會被放大。即使電子係統外部的所有乾擾噪聲都被有效地抑製掉,放大器也會輸齣一定幅度的噪聲。在各種測試係統中,固有噪聲的大小決定瞭係統的分辨率和可檢測的最小信號幅度。電子係統內部的固有噪聲具有隨機的性質,其瞬時幅度不可預測,隻能用概率和統計的方法來錶述其大小和特徵,例如用均方值、概率密度函數、功率譜密度函數等進行描述。
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