2006-上海交通大学-混沌背景中的弱信号检测和提取

湖南工业大学信号与系统(A卷)答案

湖南工业大学考试答案 课程名称: 信号与系统 （答案卷） 适用专业年级 : 通信工程12级 考试时间 100 钟 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 统分 人 签名 题分 30 10 13 13 14 20 100 得分 一填空题（30分，每小题3分） 1. 1 ； 2. e -2 ; 3. )2(2123ωωj F e j - ; 4. 1 ，0 ; 5. 21 )('ωωπδ-j ； 6. 2 л ; 7. 5223)(--+=z z z F ，|z|>0； 8. 不稳定； 9. 稳定 10. 214 14111)(--+-=z z z H 二．?? ???==+=++--5)0(',2)0()(52)(4522y y t f dt df t y dt dy dt y d 方程两边取拉氏变换：

)()61721316()()()(;)()2 121()(4 2/122/111459221)()()37313()(;)4 3/713/134592)(4 552214592)(4 55245)0(5)0(')0()()()(42422422222t e e e t y t y t y t e e e t y s s s s s s s s Y t e e t y s s s s s s Y s s s s s s s s F s s s s s y y sy s Y s Y s Y t t t zi zs t t t zi zs t t zi zi zi zs εεε-------------=+=--=+-+-+=+++?+=-=+-+=+++=+++?+++++=?++++++++= += 三．1． ) 0(22)(2)(221222 32223662)(2222≥-+=+-+++=+++=++++=--t e e t t f s s s s s s s s s F t t δ 2． )()12(5)(,2;2515)2)(1(5)(;235)(2k k f z z z z z z z F z z z z F n ε-=>-+--=--=+-=为右边序列 四． 1. {}4,1,22,21,4,11,2,3)(----=k f 2.

微弱信号相关检测

微弱信号相关检测 前言 随着现代科学研究和技术的发展，人们越来越需要从强噪声中检测出有用的微弱信号，于是逐渐形成了微弱信号检测这门新兴的科学技术学科，其应用范围遍及光学、电学、磁学、声学、力学、医学、材料等领域。微弱信号检测技术是利用电子学、信息论、计算机及物理学的方法，分析噪声产生的原电子学、信息论、计算机及物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点与相关性，检测被噪声淹没的微弱有用信号，或用一些新技术和新方法来提高检测系统输出信号的信噪比，从而提取有用信号。微弱信号检测所针对的检测对象，是用常规和传统方法不能检测到的微弱量。对它的研究是发展高新技术，探索及发现新的自然规则的重要手段，对推动相关领域的发展具有重要的应用价值。 目前，微弱信号检测的原理、方法和设备已经成为很多领域中进行现代科学技术研究不可缺少的手段。显然，对微弱信号检测理论的研究，探索新的微弱信号检测方法，研制新的微弱信号检测设备是目前检测技术领域的一大热点。 1.概述 微弱信号是测量技术中的一个综合性技术分支，它利用电子学，信息论和物理论的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特征和相关性，检测并恢复被背景噪声所掩盖的微弱信号，微弱信号的检测重点是如何从强噪声中提取有用信号，探测运用新技术和新方法来提高检测系统中的信噪比。 在检测淹没在背景噪声中的微弱信号时，必须对信号进行放大，然而由于微弱信号本身的涨落，背景和放大器噪声的影响，测量灵敏度会受到限制。因此，微弱信号的检测有以下三个特点：（1）需要噪声系数尽量小的前置放大器，并根据源阻抗与工作频率设计最佳匹配（2）需要研制适合微弱信号检测原理并能满

信号与系统

信号与系统 单项选择题 1、 ( ) 1. D. x(t) 2. -x(t) 3. x(0) 4. -x(0) 2、设是带限信号， rad/s，则对进行均匀采样的最大间隔为( ) 1. 0.2s 2. 0.5s 3. 0.1s 4. 0.3s 3、下列信号中属于数字信号的是（）。 1. 2. 3. 4. 4、设系统输入输出关系为y(t)=x(t)cos(t) ，则系统为（）。 1.因果稳定

2.非因果稳定 3.因果不稳定 4.非因果不稳定 5、关于无失真传输的充要条件，下列叙述中正确的是（）。 1.系统的幅频特性为常数 2.系统的相频特性与频率成正比 3. 4. 6、 1. 0 2. 1 3.无穷大 4.不存在 7、 1. 2. 1 3. 4.无法确定 8、关于数字频率，下列表达中错误的是（） 1.数字频率的高频为π附近

2.数字频率的低频为0和2π附近 3.数字频率为模拟频率对采样频率归一化的频率 4.数字频率的单位为Hz 9、 1. 2. 3. 4. 10、关于三个变换之间的关系，下列叙述错误的是（）。 1.若原信号收敛，虚轴上的拉氏变换就是傅里叶变换 2. s域的左半平面映射到z域的单位圆内部

3.从s域到z域的映射是单值映射 4. s域的右半平面映射到z域的单位圆外部 11、关于信号的分解，下列叙述正确的是（） 1.傅里叶级数是一致性意义下的正交分解 2.任意普通信号可分解为冲激函数的叠加，可用卷积形式来描述 3.信号能分解为实分量和虚部分量，故可对信号进行滤波 4.由于信号的可分解性，故在时域中可用冲激响应来表征系统12、 1. 2 2. 4 3. -2 4. -4 13、 1. 2. 3. 4. 14、关于稳定性的描述，下列叙述中错误的是（）。

字信号发生器

基于LabVIEW技术的Lorenz方程虚拟混沌信号发生器设计 本产品关键字：基于LabVIEW技术的Lorenz方程虚拟混沌信号发生器设计，资料，技术文章，说明，基于LabVIEW技术的Lorenz方程虚拟混沌信号发生器设计图片 基于LabVIEW技术的Lorenz方程虚拟混沌信号发生器设计型号： 厂商： 【摘要】利用美国NI公司的虚拟仪器软件LabVIEW设计混沌信号发生仪器。本文结合三阶非线性Lorenz方程理论用LabVIEW强大的数学分析功能编写混沌信号生成程序，进而由LabVIEW驱动数据采集卡输出混沌信号。与传统的自治混沌系统相比，此发生器具有参数调节方便、易实现、可靠度高等优点。 【关键词】虚拟仪器 LabVIEW Lorenz方程混沌 Design of Lorenz Equation Virtual Chaotic Signal Generator Based on LabVIEW Technology Du Yue-lin Cheng Yun-fei Wang Yong (Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003 ) Abstract: LabVIEW is used to design chaotic signal generator virtua l instrument. The program of Chaotic signal generation is redacted by LabVIEW software combining Lorenz equation theory . By means of invoking the function of LabVIEW’s mathematical tools, w e can embed the program of chaotic signal generation into LabVIEW . Finally chaotic signal is generated by LabVIEW driving Data Acquisition . To compare tradition al chaotic system, this chaotic signal generator has some property including a convenient parameter changing, easy gaining, high accuracy Dec. Key words: Virtual Instrument LabVIEW Lorenz Equation Chaos 1．引言 软件LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbenc h，实验室虚拟仪器工程平台）是美国NI公司（National Instruments Compa ny，简称NI公司）研制的一种编程语言，由于LabVIEW采用基于流程图的图形化编程语言，因此也被称为G语言（Graphics Language）。与其他编程语言相同，G语言既定义了数据类型、结构类型、语法规则等编程语言基本要素，也提供了包括断点设置，单步调试和数据探针在内的程序调试工具，在功能完整性和应用灵活性上不逊于任何高级语言。LabVIEW最大的优势表现在两个方面：一是编程简单，易于理解；另一方面LabVIEW针对数据采集、仪器控制、信号分析和数据处理等任务，设计提供了丰富完善的功能图标，用户只需直接调用，就可免去自己编写程序的繁琐，而且LabVIEW作为开放的工业标准，提供了各种接口总线和常用仪器的驱动程序，是一个通用的软件开发平台。

微弱信号检测装置(实验报告)剖析

2012年TI杯四川省大学生电子设计竞赛 微弱信号检测装置（A题） 【本科组】

微弱信号检测装置（A题） 【本科组】 摘要：本设计是在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPad MSP430G2553作为系统的数据采集芯片，实现微弱信号的检测并显示正弦信号的幅度值的功能。电路分为加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路、以及数码管显示电路组成。当所要检测到的微弱信号在强噪音环境下，系统同时接收到函数信号发生器产生的正弦信号模拟微弱信号和PC机音频播放器模拟的强噪声，送到音频放大器INA2134，让两个信号相加。再通过由电位器与固定电阻构成的纯电阻分压网络使其衰减系数可调（100倍以上），将衰减后的微弱信号通过微弱信号检测电路，检测电路能实现高输入阻抗、放大、带通滤波以及小信号峰值检测，检测到的电压峰值模拟信号送到MSP430G2553内部的10位AD 转换处理后在数码管上显示出来。本设计的优点在于超低功耗 关键词：微弱信号MSP430G2553 INA2134 一系统方案设计、比较与论证 根据本设计的要求，要完成微弱正弦信号的检测并显示幅度值，输入阻抗达到1MΩ以上，通频带在500Hz~2KHz。为实现此功能，本设计提出的方案如下图所示。其中图1是系统设计总流程图，图2是微弱信号检测电路子流程图。 图1系统设计总流程图 图2微弱信号检测电路子流程图

1 加法器设计的选择 方案一：采用通用的同相/反相加法器。通用的加法器外接较多的电阻，运算繁琐复杂，并且不一定能达到带宽大于1MHz，所以放弃此种方案。 方案二：采用TI公司的提供的INA2134音频放大器。音频放大器内部集成有电阻，可以直接利用，非常方便，并且带宽能够达到本设计要求，因此采用此方案。 2 纯电阻分压网络的方案论证 方案一：由两个固定阻值的电阻按100:1的比例实现分压，通过仿真效果非常好，理论上可以实现，但是用于实际电路中不能达到预想的衰减系数。分析：电阻的标称值与实际值有一定的误差，因此考虑其他的方案。 方案二：由一个电位器和一个固定的电阻组成的分压网络，通过改变电位器的阻值就可以改变其衰减系数。这样就可以避免衰减系数达不到或者更换元器件的情况，因此采用此方案。 3 微弱信号检测电路的方案论证 方案一：将纯电阻分压网络输出的电压通过反相比例放大电路。放大后的信号通过中心频率为1kHz的带通滤波器滤除噪声。再经过小信号峰值电路，检测出正弦信号的峰值。将输出的电压信号送给单片机进行A/D转换。此方案的电路结构相对简单。但是，输入阻抗不能满足大于等于1MΩ的条件，并且被测信号的频率只能限定在1kHz，不能实现500Hz~2KHz 可变的被测信号的检测。故根据题目的要求不采用此方案。 方案二：检测电路可以由电压跟随器、同相比例放大器、带通滤波电路以及小信号峰值检测电路组成。电压跟随器可以提高输入阻抗，输入电阻可以达到1MΩ以上，满足设计所需；采用同相比例放大器是为了放大在分压网络所衰减的放大倍数；带通滤波器为了选择500Hz～2KHz的微弱信号；最后通过小信号峰值检测电路把正弦信号的幅度值检测出来。这种方案满足本设计的要求切实可行，故采用此方案。 4 峰值数据采集芯片的方案论证 方案一：选用宏晶公司的STC89C52单片机作为。优点在于价格便宜，但是对于本设计而言，必须外接AD才能实现，电路复杂。

微弱光信号检测电路的设计

Electronic Component & Device Applications 0引言 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生 的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术来对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。其原理是通过光电探测器件将光学信息量变换成电信号，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。微弱光信号的检测在许多领域都有应用，检测方法多种多样，但常用的方法由于灵敏度有限，难以满足要求，本文应用光电检测技术来检测微弱光信号。该方法利用高性能运放来设计检测电路，因而具有精度高、稳定性好等优点。 1电路基本原理 用光电二极管组成的光电检测电路，实际上 是一个光→电流→电压的变换器。首先由光电二极管将接收的光信号变成与之成比例的微弱电流信号，再通过运放和反馈电阻组成的放大器变换成电压信号。其基本电路如图1所示。 假定运放为理想的运放，其输入电阻和放大倍数都为无穷大，则输出电压为U 0=I P R 。理论上，系统的输出电压U 0的值与输入电流I P 成线性关系，灵敏度由反馈电阻R 确定。而实际应用中，由于要受到运放失调电压V od 与偏置电流I b 的影响，其输出电压总要产生误差。误差电压一般为： U e =V od (1+R /R d )+I b R 其中R d 为光电二极管的结电阻。由此式中可以看出，当运放的失调电压与偏置电流都较小时，输出电压误差较小。因此，选择运放时，应选择性能参数都符合要求的运放。本设计选择 AD795KN 作为前置放大器。 2检测电路设计 光电二极管所接收到的信号一般都非常微 弱，而且输出的信号往往被深埋在噪声之中。因此，对这样的微弱信号一般都要先进行放大、滤波，然后通过模数转换将信号传输给后续处理器电路。 本检测系统由光电二极管、前置放大电路、滤波电路、主放大电路、A/D 转换电路，MCU 控制和信号处理电路等组成，其结构框图如图2所示。 微弱光信号检测电路的设计 杜习光 （西南大学工程技术学院，重庆 400716） 摘 要：从微弱光信号检测电路的设计方案入手，论述了光电检测电路的基本工作原理，给 出了采用AD795KN 为前置放大器来设计放大电路、有源滤波电路以及主放大电路，最终设计低噪声光电检测电路的一般原则。实验表明，基于本设计的检测电路可以有效测量微弱光信号，适用于一般光信号和微弱光信号的检测需要。关键字： 微弱光信号；光电检测 ；AD795KN ；低噪声

信号与系统(含数字信号处理)考试大纲

黑龙江大学硕士研究生入学考试大纲 考试科目名称：信号与系统（含数字信号处理）考试科目代码：[081] 一、考试要求 《信号与系统》是电子信息工程、通信工程、自动化等大学本科专业必修的一门重要的专业基础课，主要考查考生对该课程的基本概念、基础理论、基本分析方法等知识掌握的程度，以及运用所学理论知识分析问题解决问题的能力。 要求考生熟悉确定信号的特性和线性时不变系统的基本理论，信号通过线性系统的基本分析方法及某些典型信号通过某些典型系统引出的一些重要概念。 二、考试内容 第一章信号与系统的基本概念 第一节信号的描述、分类及表示； 第二节信号的运算与分解； 第三节阶跃信号与冲激信号的表示与特性； 第四节系统的基本概念与分类； 第五节线性时不变系统的特性与分析方法，系统性质的判定； 知识点：信号的运算及阶跃信号与冲激信号的特性，理解掌握和运用系统分析方法。 第二章连续时间系统的时域分析 状态的转换； 第一节线性系统微分方程式的建立与求解，起始点的跳变---从0-到0 +第二节系统全响应的两种分解形式：自由响应和强迫响应，零输入响应和零状态 响应； 第三节系统的单位冲激响应和单位阶跃响应的概念及求解； 第四节信号的时域分解和卷积积分的定义、性质、计算； 第五节卷积积分法求解线性时不变系统的零状态响应。 知识点：要求熟悉描述线性时不变系统的数学模型（线性常系数微分方程）并掌握其求解方法；重点掌握零输入响应，零状态响应和全响应的概念；理解阶跃函数和冲激函数，会计算冲激响应和阶跃响应，能计算二个简单函数的卷积积分和利用卷积积分计算零状态响应。 第三章傅里叶变换 第一节周期信号的傅立叶级数分析，典型周期信号的傅立叶级数； 第二节傅立叶变换，典型非周期信号的傅立叶变换，冲激函数和阶跃函数的傅立叶

混沌电路系统的模型仿真与电路实现_林若波

2009 年 6月 JOURNAL OF CIRCUITS AND SYSTEMS June ， 2009 文章编号：1007-0249 (2009) 03-0121-05 混沌电路系统的模型仿真与电路实现* 林若波1,2 （1. 揭阳职业技术学院，广东 揭阳 522051；2. 湖南大学 电气信息工程学院，湖南 长沙 410082） 摘要：通过对混沌电路系统的分析方法的介绍，指出模型仿真和电路实现的重要性；以二个典型混沌系统为例，阐述了基于Matlab/Simulink 环境下的仿真方法，同时介绍基于Multisim 8平台的电路仿真和实现过程；最后指出混沌电路的发展前景和研究方向。 关键词：混沌；仿真；Lorenz；Simulink；Multisim 8 中图分类号：N945.1 文献标识码：A 1 引言 非线性科学是一门研究非线性现象共性的基础科学，而混沌理论是非线性 科学最重要的成就之一。“混沌”的发现冲破了传统的决定性观念，著名物理学 家福特（J. Ford ）认为混沌的发现是继相对论、量子力学之后，20世纪物理学 的第三次革命。目前混沌系统理论有三个主要的发展方向：应用、综合、和引 入比较复杂的数学工具，以求机理研究、分类与构造理论等的进一步发展；寻 求数学与物理模型的新范例，研究混沌的应用及其工程系统实现。 2 混沌电路系统的分析方法[1] 混沌系统模型的研究一般包括以下几个基本步骤：问题描述、模型建立、 仿真实验、结果分析、电路实现，其流程如图1所示。 （1）建立数学模型 数学模型是指描述系统的输入、输出变量以及各变量之间关系的数学表达式。混沌系统中最常用、最基本的数学模型是微分方程与差分方程。 （2）建立仿真模型 仿真模型是借助计算机对数学模型进行数值分析计算的模型。仿真模型的建立是最重要的，它是混沌系统分析的关键点。有些混沌模型不能直接用于数值计算的， 如微分方程，必须进行相应的转换。 （3）仿真与实验 变量之间的联系必须通过编制程序来实现，常用的数值仿真编程语言有MATLAB 、C 、FORTRAN 等。MATLAB 由于编写方便、界面友好、功能相当强大而受到广泛的应用，已成为系统仿真最重要的分析工具。 （4）电路的实现 只有数学模型的仿真是不够的，理论的验证只是数值的仿真，与实际系统可能存在偏差。因此，一个混沌电路系统的研究与应用，实际电路的验证是非常必要的。只有通过实际电路的仿真和调试，才能确保系统分析的正确性。 3 改进Lorenz 混沌电路系统的模型仿真与电路实现[2,3] Lorenz 混沌系统是1963年Lorenz 在研究大气时发现的，俗称“蝴蝶效应”。现在考虑受控Lorenz * 收稿日期：2008-11-28 修订日期：2009-03-07 图1 流程图

哈尔滨工程大学信号与系统试卷与答案

第2页 共 2页 y 1(t)； 4. 写出描述该系统的系统方程。 四、（12分） 设一因果连续时间LTI 系统输入x (t)和输出y (t)关系为： y ''(t)＋3y '(t)+2y (t)=x (t) 1. 求该系统的系统函数H (s)，画出其零极点图，并判别系统的稳定性； 2. 确定此系统的冲激响应h (t)； 3. 求系统的幅频特性与相频特性表达式。 五、（8分） 一个离散LTI 系统的单位样值响应为：h (n )=αn u (n ) 1. 试用时域卷积方法求该系统的单位阶跃响应g(n ); 2. 确定该系统的系统方程。 六、（24分） 已知函数x (t)和y (t)分别为： ∑∞ -∞ =-=n n t t x )4()(δ ，t t t y 6sin 4cos )(+= 1. 求y (t)的指数傅立叶级数表示，说明其频带宽度； 2. 求x (t)的傅立叶级数展开表达式，简略画出其幅度谱线图； 3. 求x (t)的傅立叶变换表达式X (j ω)，简略画出X (j ω)； 4. 求y (t)的傅立叶变换表达式Y (j ω)，简略画出Y (j ω)； 5. 确定信号y (t)的奈奎斯特频率与奈奎斯特间隔。 6. 确定信号s (t)=x (t)y (t)的频谱。 七、（16分） 一个因果的离散时间LTI 系统描述如下： )()2(2 1 )1(43)(n x n y n y n y =-+-- 其中x (n)为输入，y (n)为输出。 1. 试求该系统的系统函数H (z)，画出H (z)的零、极点图； 2. 求系统的单位样值响应h (n)，并说明系统的稳定性； 3. 用求和器、数乘器和延时器画出其结构框图； 4. 如)(31)(,1)2(,2)1(n u n x y y n ?? ? ??==-=-，求y (n)。

微弱信号检测 课程设计

LDO 低输出噪声的分析与优化设计 1 LDO 的典型结构 LDO 的典型结构如下图所示,虚线框内为LDO 芯片内部电路,它是一个闭环系统,由误差放大器(Error amplifier)、调整管(Pass device)、反馈电阻网络(Feedback resistor network)组成,其闭环增益是: OUT REF V Acloseloop V = (1) 此外,带隙基准电压源 ( Bandgap reference)为误差放大器提供参考电压。 LDO 的工作原理是：反馈电阻网络对输出电压进行分压后得到反馈电压,该电压输入到误差放大器的同相输入端。误差放大器放大参考电压和反馈电压之间的差值, 其输出直接驱动调整管,通过控制调整管的导通状态来得到稳定的输出电压。例如,当反馈电压小于基准电压时,误差放大器输出电压下降,控制调整管产生更大的电流使得输出电压上升。当误差放大器增益足够大时,输出电压可以表示为： R1(1+)R2 OUT REF V V = (2) 所谓基准电压源就是能提供高精度和高稳定度基准量的电源，这种基准源与电源、工艺参数和温度的关系很小，其原理是利用PN 结电压的负温度系数和不同电流密度下两个PN 结电压差的正温度系数电压相互补偿，而使输出电压达到很低的温度漂移。传统基准电压源是基 于晶体管或齐纳稳压管的原理而制成的，其αT =10-3/℃~10-4/℃，无法满足现代电子测量之 需要。20世纪70年代初，维德拉(Widlar)首先提出能带间隙基准电压源的概念，简称带隙(Bandgap)电压。所谓能带间隙是指硅半导体材料在0K 温度下的带隙电压，其数值约为 1.205V ，用U go 表示。带隙基准电压源的基本原理是利用电阻压降的正温漂去补偿晶体管发射结正向压降的负温漂，从而实现了零温漂。由于未采用工作在反向击穿状态下的稳压管，因而噪声电压极低。带隙基准电压源的简化电路如下图所示。

基于微弱光信号检测的光功率计

２０１７年 第７期仪表技术与传感器 Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ２０１７ Ｎｏ.７ 收稿日期：２０１６-０９-２２ 基于微弱光信号检测的光功率计 廖平，许伟坚 （中南大学机电工程学院，高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙４１００８３） 摘要：介绍了一种用于微弱光信号检测的光功率计的设计原理和实现方法三该光功率计以ＳＴＭ３２为微控制器，使用ＩｎａＧａＡｓ-ＰＩＮ光电探测器来实现光电转换，利用高速对数转换器ＡＤＬ５３０４芯片实现高精度二宽范围的光电转换三同时采用２４位的模数转换器ＡＤＳ１２４６来实现很高的测量分辨率三实际测试结果表明：该功率计测量精度高，稳定性好，其检测下限达到-９０ｄＢｍ，可以检测光电流为ｐＡ级别的微弱光信号三 关键词：微弱光信号；ＡＤＬ５３０４对数放大器；ＳＴＭ３２；ＩｎａＧａＡｓ-ＰＩＮ 中图分类号：ＴＨ８９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２-１８４１（２０１７）０７-００３２-０４ＯｐｔｉｃａｌＰｏｗｅｒＭｅｔｅｒＤｅｓｉｇｎＢａｓｅｄｏｎＷｅａｋＳｉｇｎａｌＤｅｔｅｃｔｉｏｎ ＬＩＡＯＰｉｎｇ，ＸＵＷｅｉ-ｊｉａｎ （ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｍｐｌｅｘＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｗｅａｋｏｐｔｉｃａｌｐｏｗｅｒｍｅｔｅｒｕｓｅｄｆｏｒｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＷｉｔｈｔｈｅＳＴＭ３２ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｍｅｔｅｒｕｓｅｄＩｎＧａＡｓ-ＰＩＮｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ｔｈｅＡＤＬ５３０４ｃｈｉｐｗａｓｕｓｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，２４-ｂｉｔＡＤＣＡＤＳ１２４６ｗａｓｕｓｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｈｉｇｈｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｃｔｕａｌｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｐｏｗｅｒｍｅｔｅｒｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ，ｇｏｏｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｉｔｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔｒｅａｃｈｅｄ-９０ｄＢｍ，ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔｗｉｔｈｐＡｌｅｖｅｌｗｅａｋｏｐｔｉｃａｌｓｉｇｎａｌｃａｎｂｅｄｅｔｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｅａｋｓｉｇｎａｌ；ＡＤＬ５３０４ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＳＴＭ３２；ＩｎａＧａＡｓ-ＰＩＮ ０ 引言 随着我国光电技术的不断发展，光功率计在光纤通信二光源测试等领域的应用日益普遍，需求量也大幅增加［１］三但是当前市场上的国产光功率计在微弱信号检测上普遍只能达到-７０ｄＢ即最低只能检测到１ｎＡ的光信号，且稳定性较低，这在一般光纤通信工 程上可以应用，但是对于精密的光纤损耗测量已经不适用了［２］三为此本文设计了一款用于微弱信号检测的光功率计，采用先进的大动态波长响应范围的ＩｎＧａＡｓ-ＰＩＮ光电探测器，利用高速对数转换器ＡＤＬ５３０４芯片搭建光电转换电路，该芯片响应速度快，精度高，且具有２００ｄＢ的测量范围，可输入范围：１ｐＡ １０ｍＡ三因此可实现极微弱光信号检测三 １ 系统工作原理 系统的原理框图如图１所示，ＩｎＧａＡｓ-ＰＩＮ光电探测器将检测到的光信号转变为电流信号，利用ＡＤＬ５３０４构成的Ｉ／Ｖ转换电路进行对数放大，并转换为电压信号，经过电压跟随二低通滤波二均值滤波处理后的电压信号送入Ａ／Ｄ转换电路进行模数转换，根据转换后的数字量，由ＳＴＭ３２控制器来进行数据的处理和分析，最后通过串口通信，进行功率显示 三 图１ 系统原理 ２ 系统硬件实现 其主要任务就是设计高灵敏度的接收电路，首先将光电二极管的光电流进行对数放大，转换为电压信号，并输入电压跟随器，降低输出阻抗后进入信号处理电路三 在信号处理电路中，首先对信号进行低通滤波，滤除电域噪声，提高电路的信噪比三然后进入高精度工频陷波器，并对输出信号进行均值滤波，提高信号平滑度后送入Ａ／Ｄ转换模块三 ２．１ 对数放大器 对数放大器又称为对数转换器，通过一种非线性 万方数据

东南大学信号与系统试题含答案

东 南 大 学 考 试 卷（A 、B 卷） （答案附后） 课程名称 信号与线性系统 考试学期 03-04-3 得分 适用专业 四系，十一系 考试形式 闭卷 考试时间长度 120分钟 一、简单计算题（每题8分）： 1、 已知某连续信号()f t 的傅里叶变换为 21 ()23F j j ωωω= -+，按照取 样间隔1T =对其进行取样得到离散时间序列()f k ，序列()f k 的Z 变换。 2、 求序列{} 10()1,2,1 k f k ==和2()1cos ()2f k k k πε????=+ ???????的卷积和。 3、 已知某双边序列的Z 变换为 21 ()1092F z z z = ++，求该序列的时域表 达式()f k 。

4、 已知某连续系统的特征多项式为： 269111063)(234567+++++++=s s s s s s s s D 试判断该系统的稳定情况，并指出系统含有负实部、零实部和正实部的根各有几个？ 5、 已知某连续时间系统的系统函数为： 323 2642 ()21s s s H s s s s +++=+++。试给出该系统的状态方程。 6、 求出下面框图所示离散时间系统的系统函数。 ) (k

二、（12分）已知系统框图如图（a ），输入信号e(t)的时域波形如图（b ），子系统h(t)的冲激响应波形如图(c)所示，信号()f t 的频谱为 ()jn n F j e πω ω+∞ =-∞ = ∑ 。 图(a) y(t) ) (t f e(t)图(b) h(t)图(c) 试：1） 分别画出)(t f 的频谱图和时域波形； 2） 求输出响应y(t)并画出时域波形。 3） 子系统h(t)是否是物理可实现的？为什么？请叙述理由；

微弱信号的检测方案设计

微弱信号的检测方案设计 一、原理分析 针对微弱信号的检测的方法有很多，比如滤波法、取样积分器、锁相放大器等。下面就针对这几种方法做一简要说明。 方案一：滤波法。 在大部分的检测仪器中都要用到滤波方法对模拟信号进行一定的处理，例如隔离直流分量，改善信号波形，防止离散化时的波形混叠，克服噪声的不利影响，提高信噪比等。常用的噪声滤波器有：带通、带阻、高通、低通等。但是滤波方法检测信号不能用于信号频谱与噪声频谱重叠的情况，有其局限性。虽然可以对滤波器的通频带进行调节，但其噪声抑制能力有限，同时其准确性与稳定性将大打折扣。 方案二：取样积分器 取样积分法是利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，于是各个周期内取样平均信号的总体便呈现出待测信号的真实波形。由于信号的取样是在多个周期内重复进行的，而噪声在多次重复的统计平均值为零，所以可大大提高信噪比，再现被噪声淹没的波形。 其系统原理图如图2-1所示。 Vo(t) Vr(t)

一个取样积分器的核心组件式是取样门和积分器，通常采用取样脉冲控制RC 积分器来实现，使在取样时间内被取样的波形做同步积累，并将累积的结果保持到下一次取样。 取样积分器通常有定点式和扫描式两种工作模式。定点式是测量周期信号的某一瞬态平均值，经过m 次取样平均后，其幅值信噪比改善为ni si n s V V m V V ；扫描式取样积分器利用取样脉冲在信号波形上延时取样，可用于恢复与记录被测信号的波形，由于其采样过程受到门脉冲宽度的限制，只有在门宽范围内才能被取样。 方案三：锁相放大器 锁相放大器也称为锁定放大器（Lock-In-Amplifier,LIA ）。它主要作为一个极窄的带通滤波器的作用，而非一般的滤波器。它的原理是基于信号与噪声之间相关特性之间的差异。锁相放大器即是利用互相关原理设计的一种同步相关检测仪，利用参考信号与被测信号的互相关特性，提取出与参考信号同相位和同频率的被测信号。锁定放大器可在比被测信号强100dB 的噪声干扰中检测出有用信号。其原理框图如图2-3。 锁相放大器的核心部件是鉴相器，它实现了被测信号与参考信号的互相关运算。它把输入信号与参考信号进行比较，当两个信号相位完全 放大器 带通滤波 鉴相器 低通滤波器 移相器 本地振荡器 Vs(t)+Vn(t V o

信号与系统和数字信号处理

833-信号与系统和数字信号处理 一、考试目的 1. 信号与系统 考查学生是否掌握信号与线性系统的基本概念、基本理论和线性时不变连续（离散）系统的时域、变换域分析方法，以及相关的分析问题、解决问题的能力。 2. 数字信号处理 考察学生是否掌握数字信号处理的基本知识以及运用理论解决实际问题的能力。 二、考试要求 1. 信号与系统 掌握信号与系统的概念、表征、分类与判断；熟悉信号的分解与基本运算，特别是卷积积分（和）的定义、性质与运算；时域法会求LTI连续（离散）系统的各种响应；掌握连续（离散）信号各种变换域（FS、FT、LT，ZT、DTFT）分析法的定义、性质、反变换；并熟练应用于LTI连续（离散）系统分析；熟悉无失真传输、理想滤波器、系统的物理可实现条件、抽样定理、调制与解调的概念，掌握它们在系统分析中的应用；熟悉系统函数的概念、零极图表示，结合收敛域会判断系统的因果性、稳定性；掌握连续（离散）系统的频率响应，能大致画出系统的幅频特性，并说明其滤波性能；掌握状态方程与输出方程的概念、建立与求解；并能判断系统的稳定性、可控性与可观性。 2. 数字信号处理 掌握离散时间信号和系统分析的基本原理和基本分析方法；理解离散傅里叶变换的基本原理，运用离散傅里叶变换快速算法解决实际问题的能力；掌握数字滤波器的基本概念及结构。 三、考试内容与比例 1. 信号与系统（占70%） 1）连续（离散）信号的描述与分类；典型信号的定义、表征与性质；信号的分解、基本运算，特别是卷积积分（和）的定义、性质与运算；系统的概念、连接与分类。 2）线性连续（离散）系统的数学模型与算子表示；时域分析法求解LTI连续（离散）系统的自由响应、受迫响应，冲激响应、阶跃响应，零输入响应、零状态响应以及全响应，了解瞬态响应与稳态响应；连续（离散）LTI系统的模拟框图、特征函数与系统特性。 3）周期信号的傅立叶级数与频谱；周期信号、非周期信号以及抽样信号的傅立叶变换与频谱；能量谱与功率谱；线性连续系统的频域分析法，频率响应；无失真传输，理想滤波器，系统的物理可实现条件，抽样定理，调制与解调。

信号发生器研究背景及意义

信号发生器研究背景及意义 信号发生器作为一种历史悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使得信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。 自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器。这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。 自从70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。 在80 年代以后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部分不再使用机械驱动而采用数字电路，从一个频率基准由数字合成电路产生可变频率信号。 90 年代末出现了几种真正高性能的函数信号发生器，HP 公司推出了型号为HP770S 的信号模拟装置系统，它是由HP8770A 任意波形数字化和HP1770A 波形发生软件组成。 信号发生器技术发展至今，引导技术潮流的仍是国外的几大仪器公司，如日本横河、Agilent、 Tektronix 等。美国的FLUKE 公司的FLUKE-25 型函数发生器是现有的测试仪器中最具多样性功能的几种仪器之一，它和频率计数器组合在一起，在任何条件下都可以给出很高的波形质量，能给出低失真的正弦波和三角波，还能给出过冲很小的快沿方波，其最高频率可以达到 5MHz，最大输出幅度也达到 10Vpp。 国内也有不少公司已经有类似的仪器。如南京盛普仪器科技有限公司的SPF120DDS 信号发生器,华高仪器生产的HG1600H 型数字合成函数/任意波形信号发生器。国内信号发生器起步晚，但是发展至今，已经渐渐跟上国际的脚步，能够利用高新技术开发出达到国际水平的高性能多功能信号发生器。 就正弦波信号发生器而言，从有通信设备的时候起，就有了正弦波信号发生

微弱直流信号的检测

微弱直流电压的测量 学院：微电子与固体电子学院 专业：微电子科学与工程 班级：2014级微电2班 姓名：邓阳杰 学号：2014030102022

微弱直流电压的测量 邓阳杰 2014030102022 摘要 微弱直流电压信号检测技术注重的是使系统输出信噪比提高，即如何抑制、屏蔽噪声、减小误差，这些特质都使得微弱信号检测技术被应用于各个高端领域，并且微弱信号检测仪器被广泛地应用于物理、生化、天文、地理等领域的科学研究工作中。故了解微弱信号检测的相关知识是推进现代测量技术进步的关键。 关键词：检测，原理，电路。 引言 目前，在微波频段上的功率测量通常采用热敏电阻、热电偶和二极管检波器这3种传感器件，其中基于二极管检波器的微波功率计由于测量频带宽、动态范围大、测量速度快，得到了广泛应用。 二极管检波式微波功率计是利用二极管检波器将微波功率信号转变为直流电压信号，然后进行测量，该方法关键是实现微弱直流信号的检测。对应输入功率为-60—+20 dB·m的微波信号，二极管检波输出直流电压为0．8 tLV～1．6 V ?。该信号具有动态范围大、微弱、背景噪声强的特点，测量过程中还会受到诸如温差电势、放大电路失调电压等误差因素的影响，能否对其准确、快速检测将决定微波功率计测量准确度和测量速度【1】。目前典型的微弱信号检测的方法有以下几种：基于互相关接收原理的锁定放大技术、基于混沌理论的弱信号检测J、基于取样积累平均理论的弱信号测量H 等。作为测量仪器电路使用，该设计要求对直流电压信号的测量精度高，测量速度快，电路可靠性好，以上几种方法虽各有优点但并不能完全满足该设计要求。文中采用平衡斩波、低噪声前置级放大、带通滤波等一系列微弱信号处理技术，实现了微弱直流信号的检测，取得了良好效果。 测量原理 一、二极管检波器原理 检波二极管检波具有平方律一非平方律特性，在数学上服从于二极管检波方程【2】：

一种弱光信号光电检测系统的设计

一种弱光信号光电检测系统的设计 1 引言 光的信息就存在于光强和相位中。而相位信息又是通过干涉转化成强度信息进行测量的，故光强的测量是很重要的检测目标。 光强变化的检测要针对光的变化特性进行设计。第一，入射光从频谱方面分析有单色的，有白光的，有特定光谱的；第二，光强有缓变和快变之分，一天之中日光强度的变化就属于缓变，再快一点的话如屏幕上木一个像素点随动画播放强度的变化，更快的还有人眼无法识别的，这将涉及到器件的响应度；第三，光强有变化幅度的问题，变化幅度有大有小针，这将涉及到器件的灵敏度；第四，光强的静态点，如果静态点在零点，且属于小幅度变化便属于微光检测。本段是对光源的分析，这是设计的目的，理想的检测是能针可以检测任意光强处，光强度的极高频极微弱变化，显然这是无法达到的，只对特定的需求进行设计。 光电检测的第一步是分析光，及其设计目标。第二步是光感应器件。第三步是配套电路。光电器件涉及到半导体，光与物质间的作用和原件制备工艺与技巧等知识,这些会影响器件的性能误差等参数。再根据电子技术知识，通过电路优化消除误差，可得出理想的电路。误差的来源有光电器件的非线性性质，外界温度，放大器件本身的噪声。 能感应光强的器件有：光敏电阻，光电池，光电二极管（PIN管，雪崩管等），复合光电三极管，光电三极管。其中响应最慢的是光敏电阻，他不但惯性大，还具有前历效应。本实验选用光电二极管，它具有较快的动态响应。 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。 光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但是，在电路中它是通过它把光信号转换成电信号。光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光强的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。 本试验采用光电二极管，完成对低频微弱光信号的检测。对微弱或极微弱光的检测, 在科学研究，生活应用和军事等领域有广泛的应用。为将微弱光信号转换为电信号以方便后级电路处理, 设计了针对于微弱光信号检测电路。电路由光电转换和前置放大两部分组成。该放大电路设计可有效放大低于1nW的微弱输入信号, 同时对噪声也有很强的抑制作用。 微弱光信号检测的一般办法是通过光电转换器件将微弱的光信号转换成为微弱电信号, 然后再通过电路放大, 将这个微弱电信号转变为可处理的电信号。微弱光信号检测的难点在于光电信都很微弱，所以制作低噪声、高精度光电放大器是关键所在。 现在一般采用光电转换电路和前置放大电路组成放大器的方法, 并且多采用专用集成电路来构建电路。全部采用专用集成电路的方法缺乏灵活性, 在有些应用

安徽大学信号与系统试卷及答案

安徽大学2006—2007学年第二学期 《 信号与系统 》考试试卷（A 卷） （时间120分钟） 院/系 专业 姓名 学号 一、填空题（每小题2分，共20分） 1． 系统的激励是)t (e ，响应为)t (r ，若满足dt ) t (de )t (r =，则该系统为 线性、时不变、因果。（是否线性、时不变、因果？） 2． 求积分dt )t ()t (212-+?∞ ∞-δ的值为 5 。 3． 当信号是脉冲信号f(t)时，其 低频分量 主要影响脉冲的顶部，其 高频分量 主要影响脉冲的跳变沿。 4． 若信号f(t)的最高频率是2kHz ，则t)f(2的乃奎斯特抽样频率为 8kHz 。 5． 信号在通过线性系统不产生失真，必须在信号的全部频带内，要求系统幅频特性为 一常 数相频特性为_一过原点的直线（群时延）。 6． 系统阶跃响应的上升时间和系统的 截止频率 成反比。 7． 若信号的3s F(s)= (s+4)(s+2)，求该信号的=)j (F ωj 3(j +4)(j +2) ω ωω。 8． 为使LTI 连续系统是稳定的，其系统函数)s (H 的极点必须在S 平面的 左半平面 。 9 ． 已知信号的频谱函数是））00(()j (F ωωδωωδω- -+=，则其时间信号f(t)为01 sin()t j ωπ 。 10． 若信号f(t)的2 11 ) s (s )s (F +-=，则其初始值=+)(f 0 1 。 二、判断下列说法的正误，正确请在括号里打“√”，错误请打“×”。（每小题2分，共10分）

1.单位冲激函数总是满足)()(t t -=δδ （ √ ） 2.满足绝对可积条件∞>时，()120 ()*()222t t t f t f t e d e ττ---==-? 当1t >时，1 ()120 ()*()22(1)t t f t f t e d e e ττ---==-? 解法二： 122(1)22L[()*()]2(2)(2) 2222()22s s s e e f t f t s s s s s s e s s s s ----==- +++=---++ 112()*()2()2()2(1)2(1)t t f t f t u t e u t u t e u t --=---+- 2.已知) 2)(1(10)(--=z z z z X ，2>z ，求)(n x 。（5分） 解： ()101010 (1)(2)21X z z z z z z z ==-----，收敛域为2>z 由1010()21 z z X z z z =---，可以得到()10(21)()n x n u n =-