位置敏感探測器的信號噪聲自適應(yīng)抑制方法
加入技術(shù)交流群
2．2 光源、背景光及溫度對PSD的影響
理論上講，入射光點的強度和尺寸大小對位置輸出均無關(guān)，但當(dāng)入射光點強度增大時，信號電極輸出的光電流也增大，有利于提高信噪比，從而提高器件的位置分辨率；通常PSD在使用時總存在一定強度的背景光，背景光的存在將影響器件的輸出，消除背景光最簡便的方法就是在PSD的感光面上加一個干涉濾光片，濾掉大部分背景光；環(huán)境溫度的變化會影響器件的靈敏度和暗電流，這也會對PSD的位置分辨率帶來一定影響。除此之外，光譜波長響應(yīng)對PSD的具體運用具有較高的現(xiàn)實意義，對于特定的運用場合，設(shè)計PSD在特定的波段具有峰值響應(yīng)，可以提高測試系統(tǒng)信噪比和測試精度。
3 PSD信號噪聲自適應(yīng)抑制方法
針對PSD的主要噪聲來源及特點，提出了自適應(yīng)噪聲抑制的方法來提高PSD的位置分辨率。自適應(yīng)噪聲抑制屬于自適應(yīng)信號處理，不需要預(yù)先知道干擾噪聲的統(tǒng)計特性，能在逐次迭代的過程中將自身的工作狀態(tài)自適應(yīng)地調(diào)整到最佳。該方法需要兩塊位置敏感探測器PSD1和PSD2 PSD1需要接受入射光斑照射，而PSD2不需要光斑照射，專門用來檢測噪聲源。自適應(yīng)噪聲抑制的原理框圖如圖2所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/192815.htm
PSD2的輸出經(jīng)過參數(shù)可調(diào)的數(shù)字濾波器后，再送到抵消器，與PSD1的輸出信號相減。插入濾波器的目的就是要補償兩片PSD的噪聲差異，以使濾波器的輸出盡量逼近PSD1感應(yīng)的噪聲。圖2中的數(shù)字濾波器為參數(shù)可調(diào)的濾波器，自適應(yīng)噪聲抵消的其他環(huán)節(jié)也都以數(shù)字方式實現(xiàn)，所以圖2中各變量的時間自變量都以取樣序列號k來表示。
3．1 自適應(yīng)濾波中的數(shù)字濾波器
自適應(yīng)噪聲抵消的核心部分是自適應(yīng)濾波器，自適應(yīng)濾波的過程就是用自適應(yīng)算法調(diào)整數(shù)字濾波器的參數(shù)，以使濾波器輸出z(k)逼近PSD1輸出信號中疊加的噪聲n(k)，這樣就可使抵消器的輸出e(k)逼近被測信號s(k)。自適應(yīng)數(shù)字濾波器主要包括有限沖激響應(yīng)(FIR)橫向濾波器和無限沖激響應(yīng)(IIR)橫向濾波器。由于IIR橫向濾波器穩(wěn)定性差，而且相位特性難以控制，這些缺點限制了它在自適應(yīng)濾波和噪聲抵消中的應(yīng)用。FIR橫向濾波器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其輸入信號為x(k)；輸出信號為z(k)。圖中z-1表示單位延時，延時線抽頭出的信號分別為x(k)，x(k-1)，…，x(k-M+1)，用向量可以表示為
X(k)=[x(k)，x(k-1)，…，x(k-M+1)]T (5)
各抽頭信號乘以各自的權(quán)重系數(shù)再相加就得到濾波器的輸出信號z(k)，這些權(quán)重系數(shù)分別為h1(k)，h2(k)，…，hM(k)，用向量可以表示為
h(k)=[h1(k)，h2(k)，…，hM(k)]T (6)
濾波過程就是上述兩個向量相乘的過程，即
3．2 最小均方誤差(MSE)準(zhǔn)則
各種不同的自適應(yīng)算法取決于不同的準(zhǔn)則函數(shù)ε(k)，自適應(yīng)濾波所采用的最優(yōu)準(zhǔn)則有最小均方誤差(MSE)準(zhǔn)則、最小二乘(LS)準(zhǔn)則、最大信噪比準(zhǔn)則、統(tǒng)計檢測準(zhǔn)則以及其他一些最優(yōu)準(zhǔn)則。其中應(yīng)用最廣泛的準(zhǔn)則為最小均方誤差準(zhǔn)則，通常把根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則建立的最優(yōu)濾波器稱為維納濾波器。最小MSE準(zhǔn)則是使抵消器的輸出e(k)的均方值達到最小，即
s(k)=E[ e2(k)]=min (8)
ε(k)稱為MSE準(zhǔn)則函數(shù)。抵消器的輸出為
e(k)=y(k)-z(k)=s(k)+n(k)-z(k) (9)
評論