微弱訊號檢測技術是採用電子學、資訊理論、計算機及物理學的方法，分析雜訊產生的原因和規律，研究被測訊號的特點與相關性，檢測被雜訊淹沒的微弱訊號的一門技術。
所謂「微弱訊號」可以從兩個方面理解：其一指有用訊號的幅度相對於雜訊很微弱，如輸入訊號的訊雜比為10-1、10-2以致10-4:；其二是指有用訊號的幅度絕對值極小，如檢測微伏、納伏量級的電訊號振幅。
微弱訊號的檢測通常有以下幾種檢測方法：窄帶濾波法、雙路消噪法、同步累積法、鎖定接受法、相關檢測法和取樣積分法。無論採用何種方法，任何微弱訊號檢測系統均須把感測器輸入的弱訊號進行放大,為使訊號不被雜訊淹沒得更深，選用低雜訊放大器是必要的。
在微弱訊號檢測系統中，前級放大時很重要的乙個環節。要想取得良好的檢測效果，關鍵是要處理好以下幾點：
（1） 直流成分的抑制，防止直流的輸入造成運算放大器的飽和。
（2） 訊號的總諧波失真要小。減少外界干擾對系統的影響
前級運算放大器是微弱訊號檢測系統中的乙個關鍵環節，它必須具有優越的雜訊特性和極小的總諧波失真率的特點。
弱訊號檢測理論的途徑：（2）降低感測器與放大器的固有雜訊，盡量提高其訊雜比；
(2) 是研製適合弱檢原理並能滿足特殊需要的器件；
(3) 是研究並採用各種弱訊號檢測技術，通過各種手段提取訊號。
摘要：微弱訊號檢測就是利用近代電子學和訊號處理方法從雜訊中提取有用訊號，其關鍵在於抑制雜訊。恢復、增加和
提取有用訊號。本文將從訊號處理系統訊雜比的改善來簡單地論述微弱訊號檢測的原理．重點介紹了用相關檢測法和取樣積
分法檢測微弱訊號的原理、方法和應用。
關鍵詞：snir；微弱訊號檢測；雜訊
引言 ．
隨著現代科學研究和技術的發展，人們越來越需要從強
雜訊中檢測出有用的微弱訊號，於是逐漸形成了微弱訊號檢
測這門新興的科學技術學科，其應用範圍遍及光學、電學、磁
學、聲學、力學、醫學、材料等領域。微弱訊號檢測技術是利用
電子學、資訊理論、計算機及物理學的方法，分析雜訊產生的原
因和規律，研究被測訊號的特點與相關性，檢測被雜訊淹沒
的微弱有用訊號，或用一些新技術和新方法來提高檢測系統
輸出訊號的訊雜比，從而提取有用訊號。微弱訊號檢測所針
對的檢測物件，是用常規和傳統方法不能檢測到的微弱量。
對它的研究是發展高新技術，探索及發現新的自然規則的重
要手段，對推動相關領域的發展具有重要的應用價值。
目前，微弱訊號檢測的原理、方法和裝置已經成為很多
領域中進行現代科學技術研究不可缺少的手段。顯然，對微
弱訊號檢測理論的研究，探索新的微弱訊號檢測方法，研製
新的微弱訊號檢測裝置是目前檢測技術領域的一大熱點。
1微弱訊號檢測的原理
微弱訊號檢測技術就是研究雜訊與訊號的不同特性，根
據雜訊與訊號的這些特性，擬定檢測方法，達到從雜訊中檢
測訊號的目的。微弱訊號檢測的關鍵在於抑制雜訊，恢復、增
強和提取有用訊號，即提高其信噪改善比(snir)。根據式(1)
信噪改善比(snir)定義：即輸出訊雜比(s／n)。與輸入訊雜比(s／n)。之比。snir越大，
表示處理雜訊的能力越強，檢測的水平越高。
從訊號處理系統的信噪改善比，可簡單地論述微弱訊號
檢測的原理，下面用一例子來討論snir的表示式。
如果雜訊在很寬的頻率範圍內具有恆定的功率譜密度，
則稱這種雜訊為白雜訊。所謂譜密度即單位頻寬的雜訊，若
已知雜訊功率譜密度，則雜訊功率可表示為。(1)
等效雜訊寬頻，其中為放
大器輸入端到輸出端的傳遞函式。
如圖一所示，設某系統的輸入雜訊為白雜訊(電阻噪
聲)，其訊號處理系統的輸入訊號電壓和輸出訊號電壓分別
為v 和v ，輸入雜訊電壓和輸出雜訊電壓分別為和vm
輸入雜訊為頻寬白雜訊，其雜訊頻寬b ，雜訊功率譜密度為
s ，則輸入雜訊的均方值為v~z=-s ·b 。若系統的電壓增益為
k (f)，系統的雜訊等效寬頻為b。，則輸出雜訊的均方值為： 式中 ，顯然可得到系統的snir為：
由式(3)可得：訊號處理系統的信噪改善比等於輸入
(白)雜訊頻寬與系統的雜訊等效頻寬之比，減少系統的雜訊
等效寬頻就可以提高系統的輸出訊雜比。對於訊雜比小於1
的被雜訊淹沒的訊號，只要訊號處理系統的雜訊等效頻寬做
得很小，就可以將訊號從雜訊中提取出來，這就是通常的微
弱訊號檢測的指導思想之一。
2 微弱訊號檢測的方法
在測量中對雜訊的處理是非常重要的，它是影響微弱信
號檢測系統的決定性因素，也是訊號檢測中的主要不利因
素。對於微弱訊號檢測來說，如能有效克服雜訊，就可以提高
訊號檢測的靈敏度。近十幾年來，資訊理論的研究對訊號和噪
聲本身的統計特性作了許多研究，為檢測淹沒在雜訊背景中
的微弱訊號提供了理論基礎，並提出了許多根據雜訊和訊號
本身的不同特性，檢測深埋在雜訊背景中訊號的方法。下面
重點介紹二種常規檢測微弱訊號的檢測技術和方法。
2．1相關檢測法
訊號與雜訊有本質區別。前者是有規律的，能夠重複，其
後續訊號與早先訊號是有關聯的，訊號可以用乙個確定的時
問函式來描述；而後者恰恰相反，不能用乙個確定的時間函式
來描述。因此，可利用訊號自身存在的規律(即相關勝)來尋找
訊號，也可以利用—個與被測訊號規律性(二者之間也有相關
性)部分相同的已知訊號來尋找被測訊號，達到去除雜訊的目
的，這就是相關性原理的基本點。相關檢測技術就是根據相關
性原理，通過自相關或互相關運算，以最大限度地壓縮頻寬、抑
制雜訊，達到檢測微弱訊號的一種技術「】。
2．1．1自相關檢測
自相關函式表示隨機變數f(t)與延時了時間間隔為r
的同一變數的相關性。若t為時間自變數，則其滿足關係式：
(4)式(4)實現自相關檢測的原理，框圖如圖二所示。
設混有雜訊的訊號為：xi(t)=si(t)+ni(t) (5)
輸入到相關接收機後，被分成兩路輸入，其中一路將經
過延遲裝置，使它延遲一段時間r，經過延遲的x (t-f)和
未經延遲的x (t)被送到相乘電路，隨後對乘積進行積分，取
平均值。這樣就得到以r為引數的相關函式，即得自相關輸
出為：其中，r 、r 表示s(t)與rl(t)的自相關函式；r 、r 表
示n(t)與s(t)的互相關函式。根據相關函式的性質，可知噪
聲與訊號是互不相關的，且雜訊的平均值為零，有r (r)
-r (r)=o，則r (f)_r (t)+rm(f)。隨著t的增大，r
(f)一0，則對足夠大的f，有r (f)-r (f)，這樣就得到
包含著訊號s(t)的自相關函式r (f)。
2．1．2互相關檢測
互相關函式指兩個不同的隨機變數之間的統計依賴型。
兩個有同一自變數的函式f(t)和f(t)是可能存在著關聯
的，無論這兩個函式是隨機函式還是非隨機函式。描述其關
聯性，都可用互相關函式，定義為：(7)
當互相關函式不為零，則表示和兩函式有一定的統計相
關性；若互相關函式為零，則表示兩者是獨立無關。
實現互相關檢測的原理框圖如圖三所示。與自相關檢測
相比，互相關檢測的抗干擾性能更好。若傳送訊號的重複周
期或頻率已知，就可在接收端發出一重複週期與訊號相同的
「乾淨的」本地訊號，將本地訊號與混有雜訊的輸入訊號進行
互相關。設輸入訊號為：
x(t)=s(t)十n(t) (8)
其中，s(t)為待測訊號，n(t)為訊號s(t)中混入的噪
聲，y(t)為已知參考訊號。若y(t)與訊號s(t)有相關性，而
與雜訊rl(t)無相關性，輸入經延時、相乘、積分及平均運算
後，得到相關輸出 (r)為： (9)
由於參考訊號y(t)與訊號s(t)有某種相關性，而與雜訊
n(t)無相關性，且雜訊的平均值為0，則有rsn =0，即：
(10)
顯然， (t)中包含了訊號所攜帶的訊號，即可把待測的訊號檢測出來了。
2．2取樣積分法
為了恢復淹沒於雜訊中的快速變化的微弱訊號，可把每個訊號週期分成若干個時間間隔(間隔的大小取決於恢復訊號所要求的精度)，然後對這些時間間隔的訊號進行取樣，並將各週期中處於相同位置的取樣進行積分。該積分過程常用模擬電路實現，稱之為取樣積分，其電路原理圖如圖四(a)所示。設r(t)為被測訊號s(t)同頻的參考訊號(不限為正弦訊號)。
經延時t。後形成取樣脈衝，作用到取樣開關s，實現對輸入訊號x(t)-s(t)+n(t)的取樣。每隔週期t進行一次取樣，則在電容c上的電壓就得到取樣訊號的積累(即積分)。
為防止積累造成溢位現象，在計算機的儲存器代替c的情況下，要再對儲存訊號進行處理。圖四(b)為取樣積分器波形示意圖。經過n次積累平均，其輸出為：
若雜訊的形式為白雜訊，由於不同時刻雜訊值不相關，有：所以其輸出為：顯然，對訊號波形的週期取樣與積分平均過程，就是對雜訊中週期脈衝訊號的恢復過程。
4 結束語
上述分析的幾種方法是微弱訊號檢測中最基本的方法。
微弱訊號檢測問題關係到很多領域，以前的研究一直受到硬
件條件的限制。隨著計算機應用範圍的擴大，原來在微弱信
號檢測中一些需要用硬體完成的檢測系統，可用軟體來實
現，即計算機處理的方法，它是利用計算機進行曲線擬合、平
滑、數字濾波、快速傅利葉變換(fft)及譜估計等方法處理信
號，提高訊雜比，實現微弱訊號檢測的要求。
在實際應用中，人們要檢測的訊號種類繁多，只有掌握
了檢測技術的基本理論和基本方法才能創新和發展。根據不
同的訊號、不同的要求、不同的條件，採用不同的檢測方法，
根據實際應用情況把多種方法結合在一起使用，採用它們的
不同組合設計出所需要的微弱訊號檢測裝置。微弱訊號檢測
技術的日益成熟，必將給這一領域帶來革命性的發展。
按傳統觀念，若訊號低於雜訊是不可能進行測量的。雜訊決定了測量的精確度和靈敏度（對較強或中等強度訊號），及可檢測下限（對弱訊號）。要設法降低各種雜訊的水平，其中尤以降低感測器的雜訊為關鍵。
降低雜訊是提高測量精度的關鍵，但並不是惟一的方法。
微弱訊號檢測（wsd） ：測量下限可低於測量系統的雜訊水平的訊號提取方法。weak signal detection。 微弱訊號檢測原理：
根據雜訊的規律（如雜訊幅度、頻率、相位等），分析訊號特點（如訊號頻譜、相干性等），利用電子學、資訊理論和其它物理、數學方法來對被雜訊覆蓋的弱資訊進行提取、測量。
微弱訊號檢測學：
研究從雜訊中提取資訊的方法及技術的學科。目前對電子雜訊研究較成功，微弱訊號檢測與電子技術聯絡密切，發展較快。
弱訊號檢測時，常見的電源干擾：
①供電線路中的嚴重超載引起的電壓降低，②大負載切斷時造成的超壓，③非線性功率因子負載，引起的正弦波失真，④電源頻率與相位漂移，⑤配電盤後的其它用電裝置引入的共模干擾，⑥配電盤前的輸電線受外界的影響帶入的常模雜訊，⑦瞬變尖峰干擾。
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