微弱信号显微镜，助力新型传感器避开噪声干扰

寂静天花板

加州大学圣地亚哥分校的研究人员研发出了一种可以有效检测瞬时微弱信号的检测仪，该仪器在信号领域具有显微镜的作用。目前，该项研究成果已经发表在 今年12月份的Science杂志上。该项研究成果为高灵敏度接收器以及检测非重复瞬态微弱信号实验装置的进一步研发奠定了基础。未来，该项技术可能在声 学传感、安全通信、电子战、遥感、天文学和光谱分析中都会发挥重大作用。

在 自然科学和通信领域中，有些信号随机出现，且可能只发生一次，例如分子在自发衰减过程中，会激发出一个微弱的附带噪声的信号，捕捉此类信号一直是一个国际 难题。利用传统的方法和器件常常难以检测，因为传统的检测方法有两个限制，一是接收器的采样间隔要远大于瞬态信号的持续时间，二是需要进行多次测量。所 以，传统方法从理论上不能检测到随机瞬态的偶发信号。
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为 了克服传统检测方法的局限性，加州大学圣地亚哥分校的研究人员研发出了一种频谱克隆接收器，它通过复制接收噪声信号，并产生多个噪声信号的频谱副本，然后 将这些频谱副本进行有效组合处理，来实现在噪声中检测微弱信号的目的。因此研发出的新型接收器理论上可以检测到从前无法扑捉到的非重复瞬态信号。
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在 Science杂志上，研究人员表示，他们研发的谱克隆接收器最适合领域是安全通信领域。如果采用新型接收器，只要发送端发送单个脉冲信号就可以被新型检 测器接收到，而传统的检测方法是无法对该类信号进行检测的。并且，新型接收器可以用于远距离通信。以往，由于随着距离的增加，通信信号会被淹没在噪声信号 中，因此传统检测器无法检测到该信号。而新型接收器具有更高的灵敏度，可以实现对微弱信号的检测。

新型谱克隆接收器可以认为是一个“瞬态信号显微镜”，它能突显出噪声和信号的区别，能够在较大的时间间隔内检测到微弱的瞬态信号。谱克隆接收器通过可调光频 率梳状器对同一个快速脉冲信号创建多个频谱，进而从这些频谱中提取出信号，并对信号进行重建。其中，新型谱克隆接收器的灵敏度取决于频谱克隆的个数。
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在声学领域，经常会涉及到微弱信号检测问题，如超声探伤、超声检测、低信噪比下语音信号提取、声波通信、声纳探测、水下安全通信等。如果能将该新型接收器技术引入到声学传感器件领域，相信会为声学相关领域的许多技术难题攻关，带来突破性的进展。
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