微弱信號顯微鏡，助力新型傳感器避開噪聲干擾

寂靜天花板

加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員研發(fā)出了一種可以有效檢測瞬時微弱信號的檢測儀，該儀器在信號領(lǐng)域具有顯微鏡的作用。目前，該項研究成果已經(jīng)發(fā)表在 今年12月份的Science雜志上。該項研究成果為高靈敏度接收器以及檢測非重復(fù)瞬態(tài)微弱信號實驗裝置的進一步研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。未來，該項技術(shù)可能在聲 學(xué)傳感、安全通信、電子戰(zhàn)、遙感、天文學(xué)和光譜分析中都會發(fā)揮重大作用。

) p) p7 y  h6 @0 c7 g' D; _在 自然科學(xué)和通信領(lǐng)域中，有些信號隨機出現(xiàn)，且可能只發(fā)生一次，例如分子在自發(fā)衰減過程中，會激發(fā)出一個微弱的附帶噪聲的信號，捕捉此類信號一直是一個國際 難題。利用傳統(tǒng)的方法和器件常常難以檢測，因為傳統(tǒng)的檢測方法有兩個限制，一是接收器的采樣間隔要遠大于瞬態(tài)信號的持續(xù)時間，二是需要進行多次測量。所 以，傳統(tǒng)方法從理論上不能檢測到隨機瞬態(tài)的偶發(fā)信號。
4 D4 k+ z: _* J! V8 j4 [% J
7 d: g* r% c7 X% W+ U為 了克服傳統(tǒng)檢測方法的局限性，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員研發(fā)出了一種頻譜克隆接收器，它通過復(fù)制接收噪聲信號，并產(chǎn)生多個噪聲信號的頻譜副本，然后 將這些頻譜副本進行有效組合處理，來實現(xiàn)在噪聲中檢測微弱信號的目的。因此研發(fā)出的新型接收器理論上可以檢測到從前無法撲捉到的非重復(fù)瞬態(tài)信號。

0 F% w4 q5 j, w, ]% Q在 Science雜志上，研究人員表示，他們研發(fā)的譜克隆接收器最適合領(lǐng)域是安全通信領(lǐng)域。如果采用新型接收器，只要發(fā)送端發(fā)送單個脈沖信號就可以被新型檢 測器接收到，而傳統(tǒng)的檢測方法是無法對該類信號進行檢測的。并且，新型接收器可以用于遠距離通信。以往，由于隨著距離的增加，通信信號會被淹沒在噪聲信號 中，因此傳統(tǒng)檢測器無法檢測到該信號。而新型接收器具有更高的靈敏度，可以實現(xiàn)對微弱信號的檢測。

新型譜克隆接收器可以認為是一個“瞬態(tài)信號顯微鏡”，它能突顯出噪聲和信號的區(qū)別，能夠在較大的時間間隔內(nèi)檢測到微弱的瞬態(tài)信號。譜克隆接收器通過可調(diào)光頻 率梳狀器對同一個快速脈沖信號創(chuàng)建多個頻譜，進而從這些頻譜中提取出信號，并對信號進行重建。其中，新型譜克隆接收器的靈敏度取決于頻譜克隆的個數(shù)。
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在聲學(xué)領(lǐng)域，經(jīng)常會涉及到微弱信號檢測問題，如超聲探傷、超聲檢測、低信噪比下語音信號提取、聲波通信、聲納探測、水下安全通信等。如果能將該新型接收器技術(shù)引入到聲學(xué)傳感器件領(lǐng)域，相信會為聲學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的許多技術(shù)難題攻關(guān)，帶來突破性的進展。

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