Метод объединения множества слабых сигналов для усиления общего лежащего в основе сигнала, улучшающий отношение сигнал/шум.Суммирование сигналов — это метод объединения множества слабых или зашумленных измерений для выделения общего лежащего в основе сигнала. Когда сигнал слишком слаб, чтобы его можно было увидеть в одном измерении, повторение эксперимента много раз и сложение результатов может позволить сигналу проявиться из шума. Ключевой момент заключается в том, что сигнал когерентен — он всегда складывается одинаковым образом, — в то время как случайный шум флуктуирует и частично компенсируется. Это улучшает отношение сигнал/шум, часто пропорционально квадратному корню из числа измерений.
Метод был формализован в середине XX века с появлением электронного усреднения в ядерной физике и радиоастрономии. «Бокс-кар интегратор» и позже «синхронный детектор» были ранними приборами, которые реализовывали суммирование сигналов для восстановления слабых периодических сигналов из шума.
Представьте, что вы слушаете шепот в переполненной комнате. Одно прослушивание дает вам только шум. Но если вы запишете комнату много раз и усредните записи, шепот — который каждый раз одинаков — станет яснее, в то время как случайная болтовня усреднится до гула. В физике это делается путем выравнивания измерений по триггеру или известной фазе, а затем их суммирования. Сигнал растет линейно с числом накоплений, в то время как шум растет только как квадратный корень, поэтому отношение улучшается как квадратный корень из числа измерений. Вот почему такие эксперименты, как детекторы гравитационных волн или квантовые сенсоры, часто работают в течение длительных периодов и накапливают тысячи событий.
Суммирование сигналов используется в астрономии гравитационных волн для обнаружения слабых рябей от далеких слияний, в квантовых вычислениях для считывания хрупких кубитных состояний, а также в медицинской визуализации для улучшения четкости ультразвуковых и МРТ-сканов.
В поисках темной материи с помощью ионных кристаллов исследователи накапливают тысячи измерений крошечных изменений температуры — каждое из которых значительно ниже уровня шума — чтобы обнаружить редкий тепловой след проходящей частицы темной материи.
