随机共振方法在弱信号检测中的应用

针对如何从强噪声背景下提取有用的弱信号问题,利用近年来发展起来的随机共振技术进行了信号检测的研究,发现该方法提取弱信号切实可行.介绍了随机共振的基本原理,提出了随机共振去噪检测弱信号的新方法.并通过仿真研究了系统的随机共振现象,实验证明了随机共振技术在强噪声背景下检测弱信号具有很大的优越性.     

一种强噪声背景下弱信号检测的非线性方法

该文利用随机共振技术对工程测量中常碰到的弱信号检测进行了计算机仿真,就信噪比的提高、弱信号的检测等进行了研究。并对信号经随机共振系统处理和不经随机共振系统处理进行检测比较。实验结果表明,随机共振技术完全有可能成为信号检测中一个强有力的新工具。     

小信号检测中的自适应随机共振技术

论文就双稳态非线性系统的结构参数和弱信号及噪声之间的关系进行了仿真,对随机共振技术运用于强噪声背景下的弱信号检测进行了研究。提出了一种随机共振自适应算法,并运用于中频电源的故障信号检测,取得了较好结果。     

工程信号测量中的自适应随机共振应用

论文对随机共振技术运用于强噪声背景下的弱信号检测进行了研究。针对工程测量的实际要求，提出了一种随机共振的自适应算法，并开发了一套面向工程实用的自适应随机共振系统。运用于开关电源的故障信号检测，取得了较好结果。     

基于双稳类随机共振的信息检测

研究了小参数随机共振(SR)的响应幅值与信号频率和噪声强度的关系,并从噪声频谱的罗伦兹(Lorentz) 分布特性推出,只有在噪声能量集中的低频区域才能产生随机共振的论点。得出了二次采样大参数类随机共振的实现条件,即采样频率至少是信号频率的50倍并根据噪声强度选择二次采样频率。在大参数情况下,由双稳系统输入输出信噪比的分析,阐明了大参数类随机共振方法从强噪声中检测出弱信号的可行性。运用周期和非周期弱信号的检测实例,进一步证明了该方法的有效性和实用性。     

基于变参数随机共振和归一化变换的时变信号检测与恢复

非线性随机共振系统具有利用噪声增强微弱信号的能力,为强噪声背景下的信号检测开辟了新的途径。该文提出一种变参数随机共振(VPSR)模型,实现对非周期信号的有效检测、噪声去除和信号恢复。通过以恢复信号的拟合决定系数和互相关系数作为评判标准,研究分析了不同参数变化对系统输出的影响,分析结果表明该模型能有效地从噪声背景中恢复时变信号。该方法拓展了随机共振用于时变信号检测技术的领域,在时变信号检测和处理以及雷达通讯等方向有着一定的潜在应用价值。     

采用主分量分析方法研究随机共振

噪声能量向信号能量的转换是随机共振具有的独特优点,也是实际应用随机共振进行弱信号检测的基础。由于随机共振系统只在合适量的噪声输入时产生最大的信噪比输出(共振),过多、过少的噪声都会降低系统的性能,因此,如何有效地控制输入到随机共振系统中的噪声十分重要。本文首次提出采用主分量分析方法研究随机共振,其基本思路是分解信号和噪声能量到相互正交的主轴方向上,之后进行重构,通过控制重构主轴的数目(重构维数),获得最优量的输入噪声。实验结果证实了方法的有效性。     

利用随机共振进行弱信号检测的Labview虚拟实验系统

基于Labview虚拟仪器开发系统,建立了利用随机共振检测弱信号的模拟仿真实验系统.通过适当的调节输入信号的振幅、噪声强度和系统参数,可以在模拟仿真实验系统中实时地观察到非线性双稳态系统中发生的随机共振现象,进而检测系统输入的淹没于强噪声背景中的弱信号.该模拟仿真实验系统还可以改造成为检测实际弱信号的探测系统.虚拟仿真实验结果表明基于Labview的随机共振检测弱信号模拟仿真实验系统具有形象直观、实时性强、参数调节简洁等特点.     

基于随机共振理论的双基ISAR弱信号提取及成像分析

 在双基地逆合成孔径雷达成像系统中,针对强背景噪声中的目标弱散射点探测和识别问题,基于能捕获目标强散射点的假设前提,提出了应用随机共振理论的弱散射点检测方法.首先对作解线调后的回波信号进行快时间轴变换处理,并对处理后的信号进行二次采样使其满足绝热近似条件;然后应用随机共振技术检测出代表瞬时距离差的弱周期信号频率,并通过循环检测和正负频率判断等后续处理提高系统的检测信噪比以及确定弱散射点的正确位置.最后对随机共振性能和双基ISAR成像进行了仿真.结果表明:随机共振能大幅提高弱周期信号的输出信噪比,应用在双基ISAR系统中能有效提高系统的信噪比增益和扩大雷达接收机的动态范围.     

基于变步长随机共振的弱信号检测技术

弱信号检测是工程建设中常见的问题之一,在过去一直是信息领域的难点。随机共振是一种新型的信号检测技术,但对高频弱信号处理能力仍较差,使用范围也有限。变步长随机共振是一种改进型随机共振理念,在满足绝热近似条件下,调整步长实现共振,以增强微弱信号,突出显现。文章对随机共振、变步长随机共振的理论基础进行概述,而后结合小波转换理论对变步长随机共振进行仿真模拟。     

基于随机共振的微弱信号检测研究

微弱信号是淹没在噪声中的小信号,且一般其信噪比比较低。微弱信号的检测在物理、电子和生物医学方面都具有重要的意义。依据随机共振理论,噪声在一定的条件下有利于微弱信号的检测。研究了随机共振的原理、双稳态系统中的随机共振现象及随机共振的应用研究现状。     

随机共振应用于窄带PSK信号检测的研究

非线性随机共振系统能够有效利用噪声能量增强微弱周期信号,因此可用于强噪声背景下的微弱通信信号检测。本文提出基于人工鱼群算法的自适应随机共振方法处理相移键控(PSK)信号,分别从算法应用于参数估计、应用于提高带内信噪比、应用于降低检测信噪比门限三个角度分析本文算法对PSK信号检测带来性能上的提升,阐述了采样率在窄带PSK信号随机共振中的作用。对比谱线法,基于人工鱼群算法的自适应随机共振能够明显提升PSK信号参数估计性能,并且将参数估计信噪比门限降低3-6dB。此外,本文验证得到随机共振直接处理窄带周期信号没有实际提升效果。      

随机共振瓦斯微弱信号检测方法研究

为了解决检测煤矿复杂环境中的瓦斯信号时易受周围噪声干扰以至微弱信号被掩埋或产生异常数据的问题,提出一种基于随机共振的微弱瓦斯信号检测方法。采用欠采样原理对大频率信号尺度变换及粒子群算法优化系统结构参量,对大参量微弱信号在随机共振系统中的共振效果进行了理论分析和研究。结果表明,该方法可以以较低的采样频率,自适应地达到较好的共振效果;可有效地滤除噪声并增强系统辨识微弱信号的灵敏度以及信号检测的动态范围。该研究为瓦斯突出信息的早期辨识提供了一定的理论依据。     

随机共振在生命信号检测中的应用

针对生命探测雷达的信号处理部分对于强噪声背景下微弱生命信号探测不能满足在线实时性的需要,提出了一种新的综合运用传统自相关检测和随机共振模型的微弱生命信号检测新方法。该方法前期首先利用自相关检测方法初步去噪,再利用双层级联形式的随机共振方法提取微弱信号,在每一层随机共振处理中采用频域压缩的思路使信号满足绝热小参数条件。仿真分析表明,该方法使得微弱生命信号检测的门限值得到极大的提高。     

Multi-frequency weak signal detection based on multi-segment cascaded stochastic resonance for rolling bearings

For rotating machinery, vibration signals excited by its faulty components provide rich condition information for its fault diagnosis and condition-based maintenance. However, strong noise severely influences the accurate detection of incipient faults. Thanks to the ability of enhancing weak input and suppressing the noise, the stochastic resonance (SR) has been applied to weak signal detection in some fields, and the improvement on its performance are still being concerned, especially in the mechanical engineering. For multi-frequency weak signals, this paper proposes an improved mechanism for the SR, called multi-segment cascaded stochastic resonance (MS-CSR). In this method, the input signal obtains segment enhancement by using some bistable SR models, and series connection of such a unit compose an improved cascaded SR (CSR) system, which can not only gradually enhance the weak signals of interest, but also pay more attention on the signal with relatively small amplitude at the initial. A modified measurement index, named alliance signal-to-noise ratio (ASNR) is defined to evaluate the detection performance of the proposed SR method, as well as the parameter selection for the MS-CSR system. In this index, a weight factor is introduced to influence the assignment of noise energy in the SR, so that the relatively weak signal in the multi-frequency input signal can obtain a high priority to make the resonance phenomenon happen and avoid the misdiagnosis. A simulated signal and an experimental vibration signal collected from a faulty bearing are used to verify the effectiveness of the proposed MS-CSR method. The results demonstrate that the MS-CSR is a useful tool for detecting weak signals with multiple characteristic frequencies.     

双模非高斯噪声背景下级联双稳态随机共振信号检测

针对随机共振(SR)以高斯噪声为研究背景的局限性,为了分析非高斯噪声对级联随机共振的影响且验证在双模非高斯噪声中级联随机共振的降噪及波形整形特性的可靠性,提出了级联双稳随机共振系统在双模非高斯情况下的微弱信号检测方法。输入信号在进行信号检测过程中,首先把概率密度函数作为随机共振现象的衡量指标,然后当系统处于最佳随机共振状态时,分析了非高斯参数、相关时间及噪声强度之间的关系。最后通过仿真证实,与一级SR相比,二级SR的噪声强度和相关时间的可用范围随着非高斯参数的减少不仅会得到增大,而且滤波特性、信号检测效果得到明显提高。     

不同类型噪声作用下的随机共振

在对随机共振研究中,当系统参数和信号一定时,主要讨论白噪声对共振特性的影响,但是在实际系统中存在的噪声并非理想白噪声。为了更真实的反应实际系统,本文针对双稳系统,分别讨论了限带白噪声、窄带白噪声、高频白噪声、高次谐波作用下的随机共振特性。信号设定的频率为0.01Hz,所加噪声为理想白噪声,其频率范围为0～2.5Hz。仿真结果表明,双稳系统发生随机共振不仅与系统参数、信号幅度、噪声强度有关,而且与噪声的频谱分布有关。本文的结论拓展了随机共振的研究范围,对其应用有一定实际意义。     

弱信号检测领域中随机共振的理论及应用研究

随机共振(SR)是指在一定的非线性条件下,由弱周期信号和噪声(随机干扰)合作而导致的系统强周期输出的现象.介绍了随机共振的起源和绝热近似理论、本征值理论、非周期理论、自适应理论等随机共振理论;提出了实验研究中常用的测度方法及指标,并介绍了近年来国内外各个领域利用随机共振检测弱信号的应用研究实例.最后对随机共振的研究进展做了概括分析.