随机共振原理对微弱信号检测的研究

介绍了随机共振的基本原理,在分析了现有的随机共振检测微弱信号的方法的基础上,提出了一种改进的随机共振检测算法,该方法对微弱信号的提取更加精确,仿真结果证明其可行性。     

调制随机共振及其在微弱信号检测中的应用

根据非线性双稳系统只能在低频段产生随机共振的特性,提出了调制随机共振方法,实现了在较宽的频率范围内检测微弱信号.理论分析和实验结果表明:经调制产生的低频信号通过双稳系统的协同作用而形成的输出信号,其能量和信噪比都有显著提高,对强噪声中的微弱信号有较强的检测能力.采用该方法可进一步开发双稳系统低频段的信息资源,拓宽其应用领域.     

小信号检测中的自适应随机共振技术

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。首先研究了双稳态非线性系统的方程式，并指出影响随机共振的三个要素是：系统两稳态之间存在势垒(阈值)；低于势垒的小信号和噪声。提出了一种随机共振自适应算法，并运用于中频电源故障信号检测，取得了较好的效果。     

随机共振在水声信号检测中的应用

海洋混响是水声信号目标检测中的主要干扰之一,克服混响干扰一直足水声信号处理的一个重要课题.如何在混响背景中有效地进行水声信号目标的检测?为了解决着一问题,引入了随机共振的方法.首先,在随机共振的原理基础上,给出了利用随机共振原理检测微弱周期信号的基本方法,并对方法进行了分析与验证.然后,将方法应用于以模拟混响为背景干扰的水声信号的检测中,仿真结果进行了分析,证明了方法的可行性.     

基于小波变换和随机共振的微弱信号检测方法

根据随机共振的噪声选择性和频率敏感特性,提出了基于小波变换和随机共振的微弱信号检测方法.对含噪输入信号经多尺度小波变换分解为不同尺度频率的信号成分后,通过引入尺度收缩因子来调节各尺度信号成分的大小,再将不同尺度的分解信号作为双稳系统的输入,研究了不同尺度频率信号经收缩因子作用后对系统输出信噪比的影响.数值仿真结果表明,选取合适的尺度收缩因子,能有效提高系统输出的信噪比.     

随机共振应用初步研究

为了提高信噪比,以往大都高法滤除噪声。根据随机共振理论,本文对用添加噪声来提高测量信号信噪比的方法进行了初步的尝试,并将此方法应用于强噪声背景中微弱信号的检测,得出了一些有意义的初步结果。     

基于随机共振原理检测微弱信号及自适应的研究

阐述随机共振的基本概念和原理,分析基于随机共振原理检测微弱信号的方法。采用Runge-Kutta算法分别对微弱的周期信号和非周期信号进行仿真验证,仿真结果表明基于随机共振原理可以有效地检测出强噪声背景下的微弱信号。     

一种基于非周期随机共振的微弱信号检测方法

随机共振滤波器能够在强噪声背景中跟踪微弱信号(非周期或周期信号)波形,并将幅度放大,这正好弥补了匹配滤波器在强噪声背景下检测性能的严重不足。本文给出了FHN随机共振的简化模型及计算方法,在深入分析FHN随机共振模型参数对其滤波性能影响的基础上,结合随机共振滤波器和匹配滤波器,提出了一种基于FHN随机共振模型检测确知信号的方法。首先将接收信号经FHN随机共振滤波器进行滤波,再进行匹配滤波,最后将滤波结果和门限进行比较判断信号是否存在。经过实验验证,该方法具有较好的效果。     

组合型幂指函数三稳态随机共振微弱信号检测

在强噪声背景下,针对微弱信号的检测和提取困难的问题,在经典的双稳态系统模型基础上,结合Gaussian Potential模型提出了一种新的组合型幂指函数的三稳态系统模型。首先,构造组合型幂指函数的三稳态系统模型,通过调节系统参数进行数值仿真,验证新型的三稳态系统模型能够产生随机共振现象;其次,以输出的平均信噪比（SNR）作为测度指标,结合人工鱼群智能算法进行相应参数寻优,使得组合型幂指函数的三稳态系统输出信噪比最大,从而达到随机共振现象。轴承故障诊断实验分析中,在输入信噪比为-25.8 dB条件下,分别通过双稳态系统和组合型幂指函数的三稳态系统得到的输出信噪比分别为-13.1 dB和-8.59 dB,说明组合型幂指函数三稳态系统性能优于双稳态系统性能。     

基于级联双稳随机共振的微弱信号检测方法研究

微弱信号采集、检测与提取是航天测控领域研究的热点之一,学者们不断探索与研究微弱信号检测的新理论、新方法,以期能更快速、更准确地从大噪声背景中检测出微弱信号;文章介绍了随机共振的基本原理,分析了基于随机共振的微弱信号检测和故障诊断的工程实例,进一步指出了随机共振技术在微弱信号的增强放大和检测中的独特优势,为微弱信号的分析和噪声控制提供了一个新的处理思路。     

调参随机共振在超高频微弱信号检测中的应用

针对经典随机共振（SR）理论只适用于小参数,在提取高频微弱信号失效而无法使用的问题,提出一种调参随机共振检测高频率微弱信号的方法。首先,推导出双稳系统中阻尼系数与信号频率的关系,并以Kramers逃逸速率为分析手段,讨论阻尼系数变化对系统发生随机共振的影响;然后,分析了系统形状参数对系统产生随机共振现象的影响,通过联合调整阻尼系数和系统参数实现了大频率微弱信号的检测,并讨论了不同采样频率与调参系统输出频谱特性的影响,验证了该方法在低采样率下仍具有较强的稳定性;最后,以通用软件无线电设备（USRP）接收的无线电带噪信号作为系统的输入进行仿真。实验结果表明,利用该调参随机共振策略能够稳定有效地检测出强噪声背景下的超高频微弱信号,信号频率可达到MHz、GHz,拓展了随机共振原理的微弱信号检测的应用领域。     

基于随机共振理论的汽轮机碰磨故障检测

本文采用随机共振(SR)理论对淹没在强噪声背景下微弱故障信号进行了检测.讨论分析了双稳态系统参数选取不同时,对输出信噪比的影响,并将该方法成功应用于汽轮发电机组碰磨早期故障诊断中.大量仿真结果表明了该方法的有效性.     

井下声波通讯信号的随机共振检测方法

针对旋转导向钻井技术中,稳定平台与随钻测量系统之间进行声波通讯时,通讯信号被强噪声干扰,使得信号幅频特性检测难度增大的问题,提出了一种利用随机共振检测声波通讯信号的新方法。通过进行短距离钻杆声波传输实验,研究声波传输特性,再分析微弱信号的随机共振检测原理,然后利用双稳态系统中,噪声能量可以提高待测信号传输能力这一特殊机制,构建声波通讯信号的随机共振检测系统并进行matlab仿真。仿真结果表明,随机共振系统可以检测到被噪声完全淹没的钻杆声波通讯信号的幅频特性。     

双稳随机共振系统信号调制噪声效应用于弱信号检测

通过对双稳系统随机共振模型的数值分析，得出在双稳系统输出信号中，有一个正弦信号成分和一个表现为维纳过程的噪声成分分别与输入的正弦信号和白噪声相对应。通过选择合适的系统参数，可以减小系统输出中信号和噪声之间的耦合效应。该系统可以大大抑制噪声，并在双稳系统中产生信号调制噪声效应。然后对双稳系统的输出信号作功率谱分析。不但可以辨识出淹没在白噪声中的微弱正弦信号的频率，还可以较精确地估算出微弱正弦信号的幅值。数值仿真表明，双稳系统的信号调制噪声效应可用于多个微弱正弦信号的检测。     

阵列调制随机共振在微弱信号特征提取方面的应用

论述了阵列调制随机共振方法在强噪声背景下多频微弱信号特征提取中的工作原理和实现步骤;采用预先设定系统参数的多个并联非耦合随机共振单元形成阵列,将被测强噪声背景下的多频微弱信号分别与不同频率的载波进行调制,生成多个差频均为0.01Hz的信号作为各对应随机共振单元的激励信号,采用龙格-库塔算法求取各单元输出并进行频谱分析,根据0.01Hz处的信噪比判断在微弱信号中是否存在载波频率与差频值之和大小的频率分量,最后综合各个随机共振单元的检测结果生成微弱信号的频率特征向量;仿真结果表明,阵列调制随机共振在微弱信号特征提取方面效果明显,具有很好的应用前景。     

利用随机共振实现Lévy噪声中的信号检测

针对大量研究聚焦在利用随机共振在强噪声下提取有用的信号信息,但大都是在高斯白噪声下进行的,对Lévy噪声激励下的随机共振的研究却很少,介绍Lévy噪声的产生方法,给出Lévy噪声下双稳态系统的数值求解方法,最后对双稳态系统的输出做功率谱分析.对双稳态系统的输出进行分析,发现在Lévy噪声激励下双稳态系统也会发生随机共振现象,还可以辨识出淹没在Lévy噪声中的信号信息.仿真实例说明,可以利用随机共振实现淹没在Lévy噪声中的信号检测,并为其奠定了理论基础.     

随机共振技术在弱随机二元码检测中的应用研究

分析了小信号条件下二维双稳Duffing系统的随机共振现象,提出基于Duffing系统随机共振技术的微弱随机二元码检测方法,此方法在不需要知道被检测信号的任何先验知识的条件下,检测微弱随机二元码信噪比可以达到-25dB以下,并可估计出信号波形,计算机仿真验证了该方法的有效性;为强噪声背景下微弱随机二元码的检测提供了一种操作性强、高效的方法。     

Genesio体系中的内信号随机共振

采用数值模拟的方法,研究了不同耦合方式下Genesio体系中振子的动力学行为,分别讨论了当体系处于周期-1振荡态时,单个振子、双边耦合和单边耦合情况下体系对噪声及耦合的响应情况。发现噪声强度、耦合方式及耦合强度都会对体系的内信号传递产生不同的影响。在合适的噪声水平和耦合强度及方式下,体系内信号能够被传递和放大,产生内信号随机共振现象。同时发现双边耦合比单边耦合更有利于信号的传递。本文的模拟结果将对内信号随机共振现象的试验研究有一定的意义。     

基于随机共振的瓦斯检测系统研究

针对煤矿井下被检测信号中所含有的瓦斯浓度信息较为微弱的问题,提出了一种基于随机共振的瓦斯检测系统的设计方案;分析了随机共振的原理,介绍了基于多层随机共振算法的瓦斯检测系统结构;并以双层随机共振模型为例,给出了该系统的仿真及数值分析。结果表明,该系统能够避免煤矿井下噪声的影响,获得较为准确的瓦斯浓度信息。     

基于双稳随机共振的多频弱信号检测

针对利用非线性双稳系统随机共振逐一检测多个频率弱信号存在效率低、无法满足信号实时处理要求的问题,研究了基于随机共振的多频弱信号同时检测方法。首先建立了同时检测多频弱信号的仿真模型,通过调节双稳态随机共振系统参数、噪声强度,将在单个低频弱信号上产生的随机共振效应扩展到多个低频弱信号上,实现了多个低频弱信号的同时检测,分析了检测结果所呈现出的特点、原因。进一步研究了多频弱信号同时检测时不同频率信号之间的最小频带间隔问题。采用参数补偿的方法将其扩展应用到高频弱信号的检测中,实现了多个高频弱信号的检测。仿真结果表明该方法是可行的,能有效提高信号检测的速度及效率。