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

加州大學圣地亞哥分校的研究人員研發出了一種可以有效檢測瞬時微弱信號的檢測儀，該儀器在信號領域具有顯微鏡的作用。目前，該項研究成果已經發表在 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瞬態微弱信號實驗裝置的進一步研發奠定了基礎。未來，該項技術可能在聲 學傳感、安全通信、電子戰、遙感、天文學和光譜分析中都會發揮重大作用。

在 自然科學和通信領域中，有些信號隨機出現，且可能只發生一次，例如分子在自發衰減過程中，會激發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。利用傳統的方法和器件常常難以檢測，因為傳統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信號的持續時間，二是需要進行多次測量。所 以，傳統方法從理論上不能檢測到隨機瞬態的偶發信號。

: B6 k  L5 R1 `7 C( d; }8 w為 了克服傳統檢測方法的局限性，加州大學圣地亞哥分校的研究人員研發出了一種頻譜克隆接收器，它通過復制接收噪聲信號，并產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，來實現在噪聲中檢測微弱信號的目的。因此研發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瞬態信號。

% r) {/ }2 y4 d/ G( G" C! x在 Science雜志上，研究人員表示，他們研發的譜克隆接收器最適合領域是安全通信領域。如果采用新型接收器，只要發送端發送單個脈沖信號就可以被新型檢 測器接收到，而傳統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，可以實現對微弱信號的檢測。
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8 e; K% N. X" `" n% f' t新型譜克隆接收器可以認為是一個“瞬態信號顯微鏡”，它能突顯出噪聲和信號的區別，能夠在較大的時間間隔內檢測到微弱的瞬態信號。譜克隆接收器通過可調光頻 率梳狀器對同一個快速脈沖信號創建多個頻譜，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。
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9 t# F( O' H6 [# j8 k7 s在聲學領域，經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引入到聲學傳感器件領域，相信會為聲學相關領域的許多技術難題攻關，帶來突破性的進展。

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