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由于非均匀采样具有不受采样频率限制、频率分辨率高及抗混叠能力强等优点，使得其应用十分广泛。但非均匀采样会产生频谱噪声，这使得小信号的检测变得困难。为此，本文在分析非均匀采样产生频谱噪声原因的基础上，提出了2种检测小信号的新方法——逐层滤波法和增强频谱幅度法。前者通过一个可随时改变中心频率的滤波器来实现；而后者通过非均匀周期采样和真实信号频谱幅度累加来实现。文中分别给出仿真结果，并且通过理论和仿真结果验证了所提方法的有效性。