频移变尺度自适应随机共振在大信号检测中的应用

针对随机共振检测大信号的局限性和判断随机共振发生时刻的盲目性,提出了将基于频域信噪比的自适应算法引入频移变尺度随机共振中,自动调节双稳态系统结构参数和采样频率,自动获取随机共振状态,实现大参数信号检测.数值仿真实验结果表明,频移变尺度自适应随机共振可以从强噪声背景中提取较高频率的周期信号;能自适应地寻找到随机共振发生时刻,获得了较高的输出信噪比,在信号检测领域具有更好的应用前景.     

基于随机共振大参数微弱周期信号检测

研究了非线性双稳系统的动力学机理,根据非线性系统产生随机共振的同步条件,提出了不满足绝热近似理论的大参数微弱信号实现随机共振的方法。通过对系统参数的适当调整,实现了大频率信号和大强度噪声淹没的微弱周期信号的检测。理论分析和仿真实验表明,该方法有效地实现了大参数微弱信号随机共振,使得利用随机共振法检测大参数微弱周期信号不再局限于尺度变换法。     

大参数随机共振的两种方法及数值仿真

分析了白噪声通过双稳系统的频谱特点,解释了只有小参数信号(小频率,小幅度)才能出现随机共振的原因,探讨了两种变换方法对大参数信号实现随机共振,并进行仿真验证,为实际工程应用中大频率微弱信号的检测提供了依据.     

基于随机共振的混合频率微弱信号检测

非线性随机共振系统,为高噪声背景下微弱信号的检测提供了新方法.由于在检测微弱信号时受小频率参数和微弱信号幅度的约束,给实际应用带来了很大的困难.针对这一问题,利用归一化变换的随机共振微弱信号检测方法,通过引入归一化变换因子,消除随机共振系统对待测信号频率的限制,实现在高噪声背景下,混有高、低频待测信号的检测.理论分析和仿真结果表明:对埋在高噪声中的高、低频混合微弱信号,采用归一化变换,获得一个适当的输入信号到随机共振体系,通过输出信号的频谱分析检测出来,构建了一种可实现的高低频混合的微弱信号检测方法.     

结合数字滤波技术的随机共振弱信号检测

应用数值计算研究强噪声背景下弱信号的随机共振检测. 探讨了大频率条件下非线性双稳态系统随机共振的输出信号幅值、 信噪比与随机噪声的关系, 数值计算结果表明, 非线性双稳态系统对大频率噪声具有较大的压制特性, 通过随机共振系统可以检测强噪声背景下的大频率弱信号. 结合数字滤波技术提取了大频率弱信号, 并获得被检测大频率弱信号的特征频率谱线及时域图像.      

采用余弦拟合的随机共振反演技术研究

针对当前随机共振反演方法实施过程流程复杂、需要调节的参数繁多、对幅值的估计不准,以及难以处理频率相差较大的多频信号等诸多问题,提出了一种新的采用余弦拟合的随机共振反演算法.该算法采用移频变尺度随机共振检测频率,利用所得频率设计余弦曲线对输入信号进行最小二乘拟合,不需对特殊点进行特别处理,幅值不受波形畸变的影响,因此可以处理频率相差任意大小的多频信号.通过数值仿真和机车走行部故障的诊断,验证了该算法具有较强的工程实用性,同时结合频谱校正技术可以进一步提高该方法的精确性,更准确地检测出信号频率及幅值.     

自适应随机共振信号检测系统研究与设计

研究了自适应随机共振信号检测算法,基于MATLAB设计并实现了自适应随机共振信号检测系统,经仿真和实测数据验证表明,该系统检测效果良好,具有实际应用价值。利用该系统可研究测试各种参数及有色噪声对随机共振的影响,可从实际采集数据中恢复微弱信号的时域波形及信号频谱。     

混沌干扰下的随机共振研究

利用随机共振现象可以实现弱信号检测,目前大量的研究是在白噪声或色噪声背景下进行的,对于混沌干扰下的随机共振的研究却很少。研究了混沌背景干扰下的信号检测,发现在混沌干扰下双稳系统也会发生随机共振现象,因此可以检测出淹没在混沌干扰中的信号;在混沌与噪声同时存在的混合背景下,随机共振现象仍然存在,混合背景可以发生与单一噪声背景类似的随机共振现象。     

基于变步长随机共振的弱信号检测技术

针对绝热近似小参数随机共振难以满足工程实践中大参数下的弱信号检测，以及单一频率的共振分析在实际应用中的局限性问题，提出了一种变步长随机共振数值算法．该方法通过调整计算步长，使随机共振理论同时适用于犬、小参数条件下的弱信号特征提取．计算机仿真结果表明，对变步长随机共振后的信号作幅值谱和小波分析，均能准确得到低信噪比信号中的多个有用成分，充分证明该算法在大参数条件下可对弱信号中的多个特征频率产生共振输出．同时，变步长随机共振也可以有效抑制信号小波分解中由强噪声引起的边频干扰，提高小波分析在低信噪比信号检测中的可靠性．     

双稳态系统中结构参数对系统性能的影响

针对微弱信号检测问题,介绍了随机共振的原理并系统地分析了双稳系统阈值与系统结构参数的关系。得出系统中结构参数对随机共振现象发生起决定性作用的结论。同时深入阐述非线性系统势垒对随机共振效应的影响,即势垒越高,产生协同效应要求信号和噪声的能量越大。反之,则越小。基于以上结论,通过自适应地调节结构参数使系统达到随机共振,将能够适应更大的频率范围变化,提高随机共振方法检测效果。     

基于非线性系统随机共振的多频弱信号检测

针对实际探测的弱信号常常是多个频率弱信号共存的的情形,进行了利用随机共振检测多频周期性弱信号的研究,以便把利用随机共振的弱信号检测应用于信息处理中微弱信息识别与提取。数值计算结果表明,在适当调节系统参数的情况下,强同频噪声下的多频周期性弱信号经过非线性双稳态系统后,相差不超过一个数量级的几个低于0.5Hz的不同频率的弱信号都可以同时发生随机共振而被检测出来,其信噪比改善十分明显,可以提高30dB以上。该方法在信息识别与信息处理方面具有潜在的应用价值。     

多频信号的多尺度随机共振检测方法及应用

基于随机共振的基本原理,采用多尺度随机共振变换的方法用于多频微弱信号的检测,通过调节双稳态随机共振系统参数、噪声强度,将单频微弱信号上产生的随机共振效应扩展到多频信号,实现多频信号的同时检测.结果表明,该方法可从高噪声背景中有效地提取出多频信号,尤其对于多频大参数信号的检测,多尺度随机共振变换有着更好的性能.     

一种分数阶随机共振系统的弱信号检测研究

在利用随机共振系统进行弱信号检测的研究中大多是以整数阶朗之万方程为主,针对分数阶随机共振的鲜有研究。对过阻尼分数阶朗之万方程的随机共振特性进行深入研究分析,对于分数阶朗之万方程求解这一难题,引入Oustaloup算法对其近似化,搭建分数阶朗之万方程的近似仿真模型,找出了产生随机共振的阈值,实现了对满足绝热近似理论的微弱信号的检测,且讨论了不同分数阶阶次和噪声强度对分数阶朗之万方程产生随机共振的影响。数值分析表明,在一定阶数时,分数阶朗之万方程可以产生随机共振,且对微弱信号的检测及放大效果明显好于整数阶。该研究拓展了朗之万方程随机共振的研究范围,在信号检测与处理以及通信领域有着重要的应用价值。     

生物液膜振荡器中的振动共振

通过数值模拟的方法研究了生物液膜振荡器在高、低两种不同频率信号作用下的振动共振现象。结果表明：体系线性响应随高频信号振幅的变化发生了多重振动共振,且低频信号的频率越低,系统的多重振动共振强度越大。体系线性响应随高频信号频率的变化可以发生高频频率依赖的多重振动共振,体系对大振幅低频信号的放大程度要比小振幅低频信号大;低频信号频率越低,系统的高频频率依赖的多重振动共振强度越大。通过负反馈机制可以有效调节体系多重振动共振峰的个数和高频频率依赖的多重振动共振的强度。当低频信号的频率等于高频信号的频率时,体系可以发生类频率共振强化的振动共振。     

自适应移频变尺度随机共振在故障诊断中的应用

针对移频变尺度随机共振系统参数选择困难的问题,提出了一种基于时频指标的自适应移频变尺度随机共振算法.该算法选用了最高谱峰位置(频域)及过零间距方差(时域)作为优化目标函数,避开了以信噪比等为目标函数时需要预先知道目标信号确切频率的不足,能够自适应地获取最优系统参数,以最大信噪比检测出微弱周期信号.同时,由于移频变尺度随机共振的选用,该自适应算法突破了传统随机共振系统的限制,因此可以检测实际工程中的高频信号.仿真和故障诊断的工程应用结果表明,该自适应算法简单、易于理解,能有效地从强背景噪声中检测出高频微弱周期信号,具有较强的工程实用价值.     

基于随机共振的微弱多频信号检测方法

根据非线性双稳系统在噪声和弱周期信号作用下对低频成分的敏感性,提出了基于随机共振的微弱多频信号检测方法.将待检测的未知频率信号与巳知频率的载波信号在混频器经外差法作用后产生差频与和频两种频率成分,通过调节载波频率可使差频在零频率点附近变动,从而使得双稳系统的输出发生特征极为明显的变化,为频率检测提供可靠的检测依据.理论分析和数值仿宾结果表明该方法是有效、可行的,具有良好的应用前景.     

采用随机共振增强的混合扩频信号跳频参数估计

为解决强背景噪声下直扩/跳频(DS/FH)混合扩频信号的跳频参数估计精度低的问题,提出了一种基于随机共振的参数估计(SRPE)方法。首先对非线性预处理后的DS/FH信号进行信道化调制,将其转化为多个低频单分量信号,以满足随机共振的绝热近似条件;然后根据噪声强度自适应调整系统的参数,对每个单分量信号进行随机共振处理,使目标信号得到增强;最后采用Wigner-Villa变换来估计信号的跳频频率和跳速。仿真结果表明:SRPE方法能够提高目标信号的信噪比,实现强背景噪声下对DS/FH跳频参数的精确估计;在-10dB的低输入信噪比下,SRPE方法的频率估计误差低于10-3,与信道化谱增强方法相比,估计精度提高了70%以上。     

自适应扫频随机共振方法的研究

针对大参数信号二次采样随机共振应用的局限性,提出了自适应扫频随机共振方法.该方法根据信号、噪声和系统三者协调作用发生随机共振时的关系,自动调整采样频率和双稳系统的结构参数,从而自动获取随机共振状态.将此方法应用于实际噪声下弱信号的提取,取得了较好的结果.     

幅度调制信号驱动基因转录模型中关联噪声诱导的多重随机共振

本文研究加性幅度调制信号和关联噪声驱动下的基因转录调控模型中的随机共振现象.采用标准的两态方法,推导了绝热近似下信噪比精确的表达式.通过对信噪比的数值模拟,研究发现,信噪比随乘性噪声和加性噪声强度变化时会出现随机共振现象.此外,模拟结果还表明,随机共振的峰值高度可以通过驱动信号的幅度调制深度和幅度调制频率来实现对它的控制.更有趣的是,在信噪比随噪声关联强度变化曲线中观察到了多重随机共振现象.     

频移随机共振在信号检测中的应用

基于傅立叶变换的频移特性,探讨双稳态系统中的高频随机共振现象.仿真结果表明,将输入信号的大频率移动到一个小频率后,双稳态系统的输出功率谱在此频率处的值得到明显增强.在一个较大的频率范围内检测强噪声背景下的弱信号的能力大大增强.