[发明专利]一种基于差频调制锁相的微弱信号检测方法

说明书

本发明涉及一种微弱信号检测方法，具体是一种基于差频调制锁相的微弱信号检测方法，解决了现有锁相放大器带宽窄、超高频锁相难以实现的问题。包括输入信号部分、混频器、低通滤波器、锁相放大器以及参考信号输入。输入信号包括被测信号和混频信号，其中混频信号与被测信号频率相差10KHz，二者经过混频器相乘，再通过低通滤波器得到差频信号，之后再通过锁相技术得到差频信号的幅值和相位，根据被测信号与差频信号之间的数学关系实现超高频微弱信号的幅值和相位检测。可用于检测电磁感应电流、雷达信号、声音、心率等微弱信号，在医学检测、空间电磁感应检测等领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种微弱信号检测方法，具体是一种基于差频调制的微弱信号检测方法。

背景技术

微弱信号检测技术在航空航天、科学研究、环境监测、军事以及化学分析等高精测量方面有着广泛的应用和迫切的需求。锁相放大技术运用正交性原理，将非选定频率的信号(即噪声)去除而选定频率的信息得以保留，因此具有很强的抗噪声能力，使得锁相放大器在微弱信号检测领域有着不可比拟的优势。

锁相放大器是一种用于测量动态信号的电子仪器,是一种对微弱信号进行检测的技术它的主要组成部分有振荡器，混频器和低通滤波器。它的最基本、最常用的功能是从被噪声淹没的信号中测出某一频率的信号的相位和幅值。锁相放大技术，根据已知参考信号只与被测信号相关，而与噪声特性无关的特性，求出被测信号的幅值和相位。最初的锁相环为纯模拟电路，其带宽窄，对于频率越来越高的电磁信号已经不能适应，随着数字技术的发展，数字锁相环应运而生，然而对于几百兆甚至上G频率的微弱电磁信号，数字锁相仍然无法满足要求。因此开发一种能够实现宽带宽、超高频率的微弱信号检测方法十分必要。

发明内容

本发明为了解决现有利用锁相技术对微弱信号检测带宽窄的问题，提出一种基于差频调制锁相的微弱信号检测方法

本发明所采用的技术方案是：一种基于差频调制锁相的微弱信号检测方法，包括输入信号、混频器、低通滤波器、锁相放大器以及参考信号，所述输入信号包括被测信号和混频信号，按照如下的步骤实现对高频微弱信号的输入信号的幅值和相位检测

步骤一、根据被测信号的频率w₁用第一信号发生装置产生混频信号式中，A、w₁、分别为被测信号的幅值、频率和相位，B、w₂、分别为混频信号的幅值、频率和相位，t为时间参数；

步骤二、被测信号和混频信号在混频器相乘，

式中，为高频部分信号，

为低频部分信号；

步骤三、将式(1)混频结果经过低通滤波之后得到式(1)所示差频信号即式(1)低频部分信号

式中，设差频信号频率w＝w₁-w₂，差频信号相位

步骤四、根据上述所得差频信号频率w，用第二信号发生装置产生参考信号

和式中，C、w、分别为参考信号的幅值、频率和相位；

步骤五、将差频信号和参考信号输入锁相放大器，

式中和为高频部分信号，

和为直流部分信号；

步骤六：将式(3)和式(4)经过低通滤波之后得到(3)和式(4)直流部分信号，