随机共振模型结构参数自寻优方法与应用

在随机共振微弱周期信号检测过程中,如何确定结构参数值非常关键.已有的结构参数选择方法在应用上存在着局限性,如由于模型输入信号的干扰噪声未知,通常定义的信噪比无法获得.针对该问题,首先改写了随机共振模型的数学表达式;然后定义了一种随机共振模型输出信噪比,并给出了计算方法;最后在此基础上,以输出信噪比为评价指标,提出了一种结构参数自寻优方法,用于构建性能优良的随机共振模型.仿真信号分析表明该方法能较好地解决输入信号背景噪声未知的问题,所构建的随机共振模型可有效检测出低频率和高频率的微弱周期信号.通过对转子试验装置上的转子系统早期不平衡故障分析的应用,验证了所提出方法的有效性和实用性.     

基于固定垒高的双稳态系统参数调节方法

针对双稳态随机共振系统参数选取困难的问题,基于四阶龙格塔库算法,提出了一种以固定垒高为约束条件的系统参数调节方法。首先,根据输出信噪比公式,得到固定垒高ΔV下系统参数a,b的约束条件。然后,在约束条件下快速搜索a值,使微弱信号产生的频谱幅度峰值再次增大,从而得到与输入信号匹配的最大输出信噪比。仿真结果表明,在高频微弱信号检测中,该方法可以有效抑制低频分量干扰,信噪比较没有设定约束条件的参数调节方法平均提高了3.50dB。     

Duffing振子的两种检测微弱信号的方法及区别

分析了Duffing振子的混沌运动特征，阐述了两种检测微弱信号的方法：一是利用该振子对与参考信号角频差较小的周期小信号的敏感性、对白噪声及参考信号角频差较大的周期的免疫力来检测微弱信号，二是通过改变噪声强度或调节系统本身的参数产生随机共振来提取微弱信号。对两种方法的机理进行了比较，指出了二者的区别。     

一种非线性双稳系统的微弱信号捕获装置设计

基于信号检测技术中随机共振的原理,采用数值模拟手段,建立脉冲多普勒信号检测的随机共振系统;对信号进行频率压缩,使之变为满足发生随机共振条件的低频信号,实现随机共振;给出信号检测的随机共振软件程序、硬件电路,实现强噪声环境下对较大频率微弱信号的捕获。     

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.     

一种基于参数可调随机共振的双模噪声中信号的检测

为了避免因采样频率而引起系统输出发散,文章提出采用模拟电路来仿真参数可调非线性双稳态系统,并实现对双模噪声中信号的检测.首先利用PC提供控制信号,经串行口传输至单片机,单片机经过适当的换算后,再通过I2C总线控制数字电位器,通过改变电位器的抽头位置,能方便地改变其分压系数,从而灵活调节系统参数.当噪声、信号和非线性系统的达到某一协同作用,系统将部分噪声能量转化为信号能量,就会产生最大共振峰,从而将淹没在噪声中的被测信号检测出来.仿真表明,该方法能够有效抑制双模噪声,提取出信噪比较高的有用信号.     

双稳随机共振系统的检测性能研究

利用朗之万双稳系统准稳态输出信号的概率密度函数,分别采用统计检测的极大极小化准则和Neyman-Pearson准则,推导出了利用双稳系统进行信号检测的虚警率和检测率的表达式.在不同的信噪比下,通过参数调节法得到了系统的最佳参数,采用Monte-Carlo仿真得到了最佳参数条件下的虚警率和检测率,对基于双稳系统的信号检测有了全面的认识.     

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。     

采用遗传算法的自适应随机共振系统弱信号检测方法研究

针对传统自适应随机共振系统只能实现单参数优化的缺点,提出了一种基于遗传算法的多参数同步优化自适应随机共振算法.该算法选用由双稳系统输出的信噪比作为遗传算法的适应度函数,能够实现随机共振系统中多个参数的自适应选取,从而最优地检测出原始信号中的微弱周期成分.同时,将该优化算法和移频变尺度随机共振相结合,可以实现大参数条件下的随机共振.仿真数据和滚动轴承外环故障数据的分析表明,该算法收敛速度快,简单易行,在采样点数较少的条件下能从强噪声背景中检测出微弱的高频周期成分,因此具有良好的工程应用前景.     

改进检测周期脉冲信号的非线性随机共振系统

在利用非线性随机共振系统检测周期脉冲信号的研究中,通常采用的非线性系统为双稳态系统。针对双稳态系统的两个结构参数不易调节,误差较大,限制了系统检测性能的提高。为了优化系统,提高系统检测性能,提出采用只有一个结构参数且具有积分放大作用的单稳态系统。通过分析信号频谱,对比信号幅值,证实结构参数取较小值的单稳态系统具有积分作用,易于调节。Matlab、Monte-Carlo仿真验证具有积分特性的单稳态系统可获得更佳的检测效果。     

随机共振技术检测弱信号的两种方法的比较研究

详细介绍利用随机共振技术检测微弱周期信号的原理,采用增加噪声强度及调节系统参数2种方法提取周期弱信号,相应的给出了数值模拟仿真实验,由此得出2种方法具有协调统一性．     

双稳系统中随机共振现象的研究

利用在绝热近似条件下的信噪比（SNR）理论，研究了具有乘性和加性噪声以及周期信号共同作用下双稳系统的随机共振（SR）现象，考虑噪声之间有关联的情况，得到了系统的SNR表达式，发现噪声关联使系统的SNR不仅依赖于噪声之间的关联强度，而且强烈地依赖于系统的初始条件。     

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.     

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．     

具有周期矩形信号的延迟非对称双稳系统的随机共振

在绝热近似条件下研究了具有周期矩形信号的延迟非对称双稳系统的随机共振现象.通过小时间延迟近似方法得到了非对称双稳系统的FPK方程,并推导得出了系统在延迟情况下的信噪比表达式,进一步研究了加性噪声强度Q、乘性噪声强度D、静态非对称性r、延迟时间τ以及噪声强度比率R对信噪比SNR的影响.研究发现在延迟情况下,改变加性噪声强度比改变乘性噪声强度更容易产生随机共振,且延迟时间对信噪比的影响是与噪声强度有关的.     

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。