微弱信号检测
Detection of Weak Signals
课程代码：02250921
学位课程/非学位课程：非学位课程
学时/学分：30/2
先修课程：模拟电子技术、信号处理技术基础。
一、课程在人才培养中的地位和作用
《微弱信号检测》是测控技术与仪器专业一门专业选修课。
微弱信号检测技术的首要任务是提高信噪比，需要采用电子学、信息论、计算机和物理的方法，从强噪声中检测出有用信号，本门课是《信号处理技术基础》的应用与延伸，使学生在学过模拟电子技术与数字电子技术等专业基础课后，接触到处理电路内部噪声和外部环境噪声又一个方法。
学习本课程应具备《模拟电子技术基础》、《信号处理技术基础》及《微机原理与接口》的基础。
二、课程教学目标
通过《微弱信号检测》课程的教学，使学生熟悉随机噪声及其统计特征，熟悉干扰噪声及其抑制，熟悉锁定放大、取样积分和相关检测等几种微弱信号检测方法，并能将这些方法应用到实际的电路设计中去。
（一）知识目标
本课程是《信号处理技术基础》的应用与延伸，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，熟悉几种器件如二极管、三极管、场效应管的噪声模型，了解低噪声放大器的设计方法；了解环境噪声的来源及传导途径；熟悉几种微弱信号的检测方法。
（二）能力目标
通过本课程的学习，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。
本课程具有较强的针对性和实践性，又能扩大学生的知识面，其能力目标是使学生综合相关学科知识，具有成功设计出实际电子产品，提高工程实践能力。
（三）素质目标
通过《微弱信号检测》课程教学,应注重培养学生以下素质：
（1）分析综合的素质——通过《微弱信号检测》课程教学，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；具有综合所学知识，在测控系统的设计及构建中，进行产品开发及创新的素质。
（2）创新意识——通过《微弱信号检测》课程的学习，激发学生的求知热情和创新欲望，在测控系统设计及研发中，运用微弱信号检测知识，突破传统教学中的测控系统理念，能开发出斩新的具有抗干扰设计的测控系统。
（一）课程的知识体系
知识领域1：微弱信号检测与随机噪声（CL1）
知识单元AP1: 微弱信号检测概述，常规小信号检测方法（2学时）；
知识单元AP2: 随机噪声及其统计特征（2学时）；
知识单元AP3: 等效噪声带宽（2学时）；
知识领域2：放大器的噪声源和噪声特性（CL2）
知识单元BP1: 电子系统内部的固有噪声源（2学时）；
知识单元BP2: 放大器的噪声性能分析（2学时）；
知识单元BP3: 低噪声放大器的设计方法（4学时）；
知识领域3：干扰噪声及其抑制（CL3）
知识单元CP1：环境干扰噪声（8学时）；
知识单元CP2：干扰耦合途径及屏蔽（8学时）；
知识领域4：常用微弱信号检测方法（CL4）
知识单元DP1：锁定放大；
知识单元DP2：取样积分与数字式平均；
知识单元DP3：相关检测；
（二）课程涵盖的知识单元
（三）知识单元的描述
知识单元CL1: 微弱信号检测与随机噪声
参考学时：6学时
知识点：
微弱信号检测概念；
随机噪声及其统计特征；
常见随机噪声
学习目标：
1.了解微弱信号检测概念
2.熟悉随机噪声及其统计特征及常见随机噪声；
知识单元CL2: 放大器的噪声源和噪声特性（CL2）
参考学时：6学时
知识点：
电子系统内部的固有噪声源
放大器的噪声系数
二极管和三极管的噪声特性
场效应管的噪声特性
低噪声放大器的设计
学习目标：
1．掌握电阻、PN结、1/F噪声及爆裂噪声的特性；
2．分辨噪声因素和噪声系数；
3．掌握二极管、三极管和场效应管的噪声特性；
4．熟悉低噪声放大器的设计。
知识单元CL3:干扰噪声及其抑制（6学时）
参考学时：6学时
知识点：
环境干扰源及频谱分布
干扰耦合途径
屏蔽和隔离
学习目标:
1．分辨环境干扰源及频谱分布；
2．掌握电源耦合、电场耦合、磁场耦合、电磁辐射耦合的分析方法；
3．掌握屏蔽和隔离的工作原理及工程设计方法。
知识单元CL4: 常用微弱信号检测方法（核心）
参考学时：12学时
知识点：
锁定放大器中的频谱迁移及工作原理；
锁定放大器的组成及部件，锁定放大器的应用
取样积分的基本原理，指数式门积分器分析；
数字式平均的原理与实现
相关检测的实际运算及误差分析，相关函数算法及实现
相关检测的运用：噪声中信号的恢复，泄漏检测。
学习目标：
1．掌握锁定放大器中的频谱迁移及工作原理；
2．掌握锁定放大器的组成原理及主要部件构成，掌握锁定放大器的应用；
3．掌握取样积分的基本原理，能对指数式门积分器进行分析；
4．掌握数字式平均的原理与实现，掌握数字式平均的信噪比；
5．掌握相关检测的实际运算及误差分析，了解相关函数算法及实现；
6．掌握相关检测在噪声中信号的恢复及泄漏检测中的运用。
四、教学方法与手段
1．教学方法和教学手段
教学方法——采用课堂教学，让学生多查相关资料和阅读相关论文，引导学生建立系统工程的概念，以一个研发项目为例，如何在系统规划与设计、系统实现中运用微弱检测中的相关技术，进行抗干扰设计，提高测控精度等。
教学手段---以教师讲授为主，讲授时力求由浅入深、简明扼要，要求学生自己搜索相关资料，撰写读书笔记。
2．课程主要教学方式的学时分配
五、作业要求
1. 课外作业：
一般每4学时一次作业，自行编制习题。
2．课外阅读与自学：
学生在图书馆查找相关资料，教师引导学生根据微弱信号相关技术，设计含抗干扰设计的PCB板相关题目，以此来达到培养学生能独立思考、分析、解决问题的能力。
六、教材和主要参考书
（一）教材
【1】《微弱信号检测》高晋占编著清华大学出版事业，2004
（二）主要参考书
【1】《单片机系统实用抗干扰技术》刘光斌编著，人民邮电出版社，2003
【2】《现代检测技术与测试系统设计》刘君华编著西安交通大学出版社，1999
七、课程考核
1、考试命题
主要采用笔试的方式，针对微弱信号检测理论部分的理解和掌握，以及微弱信号检测的抗干扰设计及实践能力等方面，考试内容不超出大纲。
2、考核方式
考核方式为考试：每学期平时成绩（包括作业成绩、缺课和听课、课堂讨论、实验等情况）占总评成绩的20-30%，期末考试成绩占80-70%。