光电检测技术及应用 教学课件 作者 徐熙平 第7章 光学相关检测.ppt

* * * * * * * 第7章 光学相关检测 三、光学相关 检测与识别 3、实时联合变换相关器的结构 光电混合相关系统原理图 第7章 光学相关检测 三、光学相关 检测与识别 4、光学相关器主要部件的确定 主要部分有：氩离子激光器；准直扩束系统；电寻址液晶EALCD；傅里叶变换透镜和电荷耦合器件CCD等。为了减少杂光等非偏振光对功率谱的影响，装置中放入了偏振片。 准直扩束系统由纤维物镜（放大倍率40倍，数值孔径NA 60）、针孔（低通空间滤波器，直径为10μm）、准直物镜（ ）组成。 第7章 光学相关检测 三、光学相关 检测与识别 傅里叶变换透镜： 由衍射公式和EALCD像素的大小计算出衍射角 ，再 由 角的大小计算出接收0级谱和±1级谱所需透镜口径的大小。 ≥ 物在CCD面上形成的±1级谱 第7章 光学相关检测 三、光学相关 检测与识别 5、光学相关器的应用 利用物体在频谱域的计算机全息图作为目标，进行傅里叶变换。计算机全息图经光学傅里叶变换后，由面阵CCD进行接收。在计算机监视器上清晰地显示了目标图。 a）全息图 b 还原后的图像 全息还原图 第7章 光学相关检测 三、光学相关 检测与识别 a） b c） 面包车输入图像、功率谱和相关峰图像 a） b c） 坦克输入图像、功率谱和相关峰图像 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 《光电检测技术及应用》 第7章 光学相关检测 任课教师：徐熙平 目 录 7.1 基本概念 能量信号与功率信号、相关函数、相关接收、相敏检波器 7.2 互相关器 互相关器的工作原理、典型电路 7.3 光学相关检测与识别 光学相关检测、检测原理、结构、主要部件、应用 第7章 光学相关检测 一、基本概念 1、能量信号与功率信号 光学相关检测是微弱信号检测的一种主要方法之一。 信号电压（或电流）加到一欧姆电阻上所消耗的能量定义为信号 的归一化能量，用E表示。即： 信号电压（或电流）在一欧姆电阻上所消耗的功率为信号的平均功率，用P 表示。即： 第7章 光学相关检测 一、基本概念 2、相关函数 输入同一电路的两个信号产生时间延迟，相关函数即是研究两信号在延时中的相关性。 互相关函数： 自相关函数： 第7章 光学相关检测 一、基本概念 3、相关接收 相关接收就是应用信号周期性和噪声随机性的特点，通过自相关或互相关的运算，达到去除噪声的一种技术。实际上，相关检测器就是计算相关函数的检测仪器。 自相关接收 若： 则： 第7章 光学相关检测 一、基本概念 互相关接收 互相关框图 设输入信号为： 参考信号为： 则互相关函数为： 互相关接收的抗干扰性能比自相关的好，可以实现从噪声中提取单脉冲信号。 第7章 光学相关检测 一、基本概念 4、相敏检波器 两个正弦波信号 相敏检波器示意图 当两信号的频率相等时，输出为： 为相敏直流电压，正比于相位差的余弦量。因此输出的仅与相位差有关，即“相敏”。 第7章 光学相关检测 一、基本概念 正弦波+方波信号 输出包含信号频率与全部方波基频的奇次谐波的和以及差频所组成的大量谐波分量。因此，相敏检波器的输出包含任何一个奇次谐波所产生的相敏直流输出。 第7章 光学相关检测 一、基本概念 a 相敏检波电路 b 输入输出波形 相敏检波器电路及波形 第7章 光学相关检测 二、互相关器 1、互相关器的工作原理 互相关器原理图 乘法器 积分器 第7章 光学相关检测 二、互相关器 1）当被测信号频率与参考信号频率的基波相等，且 若略去小项得： 当测试时间 时，得到稳定解： 式表明，互相关器可以检测信号的幅值或相位。 第7章 光学相关检测 二、互相关器 2）当被测信号频率为参考信号的偶次谐波，且 时，略去小项，可得到： 式表明，互相关器能抑制偶次谐波。 3）当被测信号频率为参考频率的奇次谐波，且 时， 略去小项，可得到： 若测量时间远大于时间常数输出的稳态值，则 可见，相关器输出的直流电压为基波频率的1/（2n+1）。 第7章 光学相关检测 二、互相关器 相关奇次谐波输出频响 第7章 光学相关检测 二、互相关器 4）若输入信号频率偏离奇次谐波一个微小量 ，即 ，当 、 时， 输出电压稳定值为 上式表明，输出电压不再是直流电压，而是以 为角频 率的交流电压。 第7章 光学相关检测 二、互相关器 相关器传递函数的幅频特性 第7章 光学相关检测 二、互相关器 5）被测信号为参考信号同频的方波 当 时，经化简并略去小项后得： 上式表明，相关器输出直流电压与信号幅值 成正比，与两方波信号的相位差 呈线性关系。当信号幅值