位置敏感探測器的信號噪聲自適應抑制方法
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2．2 光源、背景光及溫度對PSD的影響
理論上講，入射光點(diǎn)的強度和尺寸大小對位置輸出均無(wú)關(guān)，但當入射光點(diǎn)強度增大時(shí)，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(shí)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(jiǎn)便的方法就是在PSD的感光面上加一個(gè)干涉濾光片，濾掉大部分背景光；環(huán)境溫度的變化會(huì )影響器件的靈敏度和暗電流，這也會(huì )對PSD的位置分辨率帶來(lái)一定影響。除此之外，光譜波長(cháng)響應對PSD的具體運用具有較高的現實(shí)意義，對于特定的運用場(chǎng)合，設計PSD在特定的波段具有峰值響應，可以提高測試系統信噪比和測試精度。
3 PSD信號噪聲自適應抑制方法
針對PSD的主要噪聲來(lái)源及特點(diǎn)，提出了自適應噪聲抑制的方法來(lái)提高PSD的位置分辨率。自適應噪聲抑制屬于自適應信號處理，不需要預先知道干擾噪聲的統計特性，能在逐次迭代的過(guò)程中將自身的工作狀態(tài)自適應地調整到最佳。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(zhuān)門(mén)用來(lái)檢測噪聲源。自適應噪聲抑制的原理框圖如圖2所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/192815.htm
PSD2的輸出經(jīng)過(guò)參數可調的數字濾波器后，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感應的噪聲。圖2中的數字濾波器為參數可調的濾波器，自適應噪聲抵消的其他環(huán)節也都以數字方式實(shí)現，所以圖2中各變量的時(shí)間自變量都以取樣序列號k來(lái)表示。
3．1 自適應濾波中的數字濾波器
自適應噪聲抵消的核心部分是自適應濾波器，自適應濾波的過(guò)程就是用自適應算法調整數字濾波器的參數，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)。自適應數字濾波器主要包括有限沖激響應(FIR)橫向濾波器和無(wú)限沖激響應(IIR)橫向濾波器。由于IIR橫向濾波器穩定性差，而且相位特性難以控制，這些缺點(diǎn)限制了它在自適應濾波和噪聲抵消中的應用。FIR橫向濾波器的結構如圖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(shí)，延時(shí)線(xiàn)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重系數再相加就得到濾波器的輸出信號z(k)，這些權重系數分別為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(guò)程就是上述兩個(gè)向量相乘的過(guò)程，即
3．2 最小均方誤差(MSE)準則
各種不同的自適應算法取決于不同的準則函數ε(k)，自適應濾波所采用的最優(yōu)準則有最小均方誤差(MSE)準則、最小二乘(LS)準則、最大信噪比準則、統計檢測準則以及其他一些最優(yōu)準則。其中應用最廣泛的準則為最小均方誤差準則，通常把根據最小均方誤差準則建立的最優(yōu)濾波器稱(chēng)為維納濾波器。最小MSE準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(chēng)為MSE準則函數。抵消器的輸出為
e(k)=y(k)-z(k)=s(k)+n(k)-z(k) (9)
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