1.2 微弱信号检测概述

信息时代需要获取信息，许多科学研究和工程技术的信息需要用检测的方法来获取。在现代科学的发展中，认识未知世界的必要手段是把未知量转换为人们可以感知的某种示值。人类对自然界的探索越深入，所需要检测的信息就越微弱。当被检测信号非常微弱时，因为被噪声淹没，它们的检测往往变得十分困难。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信号的一门新兴的技术学科

“微弱信号”不只意味着信号的幅度很小，它主要是指被噪声淹没的信号，“微弱”是相对于噪声而言的。只有在有效地抑制噪声的条件下放大微弱信号的幅度，才能提取出有用信号，就需要研究噪声的来源和性质，分析噪声产生的原因和规律，以及它们的传播途径，有针对性的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，以寻找出从背景噪声中检测出有用信号的理论和方法。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个热点。

在测量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足特殊需要的器件；（3）利用电子学和信息论的方法，研究噪声的成因和规律，分析信号的特点和相干关系。微弱信号检测目前在检测理论方面重点研究的内容有；（1）噪声理论和模型及噪声的克服途径；（2）应用功率谱方法解决单次信号的捕获；（3）少量积累平均，极大改善信噪比的方法；（4）快速瞬变的处理；（ 5）对低占空比信号的再现；（6）测量时间的减少及随机信号的平均；（7）改善传感器的噪声特性；（8）模拟锁相量化与数字平均技术结合。常用的微弱信号检测方法主要包括时域的相关方法、取样积分方法和频域的谱分析方法等，其宗旨都是研究如何从强噪声中提取有用信号，任务是研究微弱信号检测的理论、探索新方法和新技术，从而将其应用与各个学科领域当中。

1.2.1 微弱信号检测发展历程

自从1928年发现电阻中电子的热躁动引起非周期性电压以来，微弱信号检测技术一直受到普遍重视。1962年第一台锁相放大器问世，从而使得微弱信号检测技术得到了长足的发展，信噪改善比（SNIR）得到不断提高。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或缺的手段。

最早提出的微弱信号检测方法有时域的相关方法、取样积分方法和频域的频谱分析方法。基于时域的相关方法又包括相关检测、锁定放大、取样积分、数字式平均和时域平均等。

上述这些方法都有一定的局限性，主要表现在所能检测到的微弱信号的信噪比门限值较高。近年来，随着对非线性系统研究的不断深入，提出了诸如谐波小波、混沌、随机共振等新的理论和方法，为微弱信号检测开创了新的思路。

1.2.2 微弱信号检测的研究现状及发展趋势

许多科研工作者已经提出了许多基本的处理方法，如基于高增益的宽带波束形成的微弱信号检测方法及微弱信号的相干检测法等。通常用到的检测噪声的手段一般有窄带滤波法、双路消噪法、同步累计法、取样积分法、相关检测法等[6-8]。文献综述