虚拟仪器中欠阻尼系统随机共振的应用与优化

针对现实应用中的噪声问题,基于虚拟仪器(Labview)的实验平台,在欠阻尼二阶线性系统中利用随机共振对弱信号进行检测仿真实验,研究表明,该系统输出信噪比呈非单调变化,适当调节系统参数和噪声强度可观察到欠阻尼二阶线性系统中存在随机共振现象,提高了信号的信噪比,进而可以检测到夹杂在噪声中的弱信号.该仿真系统还可以改造成检测实际弱信号的检测系统,与实际应用接轨,并通过遗传算法进行了参数优化,得到了预期理想效果,具有现实应用意义.     

动力学系统中连续白噪声的数字仿真

在对有连续高斯白噪声作输入的线性连续动力学系统作数字仿真时，必须慎重选择随机数发生器的统计性质，以使系统得到“忠实”的反映。本文给出了随机数产生器的统计性质和连续随机过程的统计性质之间的关系，指出前者不仅依赖于后者及系统本身，还依赖于数字仿真中所采用的积分方法和积分步长。最后，以Ｅｕｌｅｒ积分和Ｒｕｎｇｅ－ｋｕｔｔａ积分为例，分别给出了相应的公式。     

复杂随机系统的信噪比增益研究与阵列随机共振

复杂系统与非线性科学密切相关。为了探讨复杂随机系统信息处理的机制和利用“随机”因素自优化能力，研究了一类无限并联阵列的信噪比增益问题。阵列中每个子系统是一个双稳态振荡器，其输入都是同一个给定的含噪正弦信号。每个子系统内部噪声强度相同，但是相互独立。随着内部噪声强度的增加，信噪比增益出现了随机共振现象和存在大于一的区域，并且这一区域随着并联阵列数目增加而被放大。无限并联阵列的信噪比增益可达到全局最大值。依据阵列非稳态输出均值和稳态自协方差函数的极限性质，本文证明了无限并联阵列的信噪比增益问题可以归结为任两个子系统的统计性能分析。这些研究结果对于复杂系统信号处理理论具有重要意义。     

多信号叠加在随机共振系统中的研究

在随机共振理论的基础上建立了双稳态随机共振系统的仿真模型,调节参数将系统在单路信号上产生的随机共振效应扩展到多路叠加信号上,并讨论了参数调节对系统的影响和系统中多路信号叠加的局限性.在此基础上定义了随机共振系统的通道及其容量.最后仿真了系统在较高频率的应用,并举出了实例.扩展了随机共振系统处理信号的容量、速度及效率,在信号处理的应用中具有新的意义.     

震荡随机共振的信噪比增益研究与电路仿真

为提高硬限幅符号并联电路系统的输出信噪比,研究了震荡随机共振与阵列随机共振的机制以及电路实现方法。通过计算阵列输入输出信噪比增益,发现两类随机共振方法都能够使得非线性电路并联系统、输入信号与内部噪声(高频干扰)达到协同,并且随着阵列数目增加,信噪比增益存在大于1的区域。同样条件下,与阵列随机共振方法相比,震荡随机共振能够获得更好的输出信噪比,且易于实现。     

基于随机共振的惯性传感器信号实时处理方法

根据惯性传感器信号处理特点,研究其基于随机共振的信号实时处理方法。首先,从实时性的角度出发,确定随机共振数值算法--龙格库塔法,并对其进行相应改进,实现实时处理。然后,研究单稳系统中各个参数对信号恢复结果的影响,确定系统处理的较佳参数。最终的仿真结果表明,静态信号的零漂值得到了较大改善,而动态信号的信噪比最大可提高约20 dB。同时,为了进一步验证算法,在数字信号处理硬件平台上实现算法,采样频率为5 000 Hz,结果完全能够满足惯性传感器信号处理的要求。因此,所提算法能够有效进行惯性传感器信号实时处理,为随机共振理论在惯性传感器信号处理中的应用提供了重要参考。     

一类有色噪声随机系统的实用稳定性与实用镇定

本文研究具有Ｏｒｎｓｔｅｉｎ－Ｕｈｌｅｎｂｅｃｋ有色噪声的随机系统的均方实用稳定性和实用镇定,得到了这类系统的均方实用稳定性条件,给出了相应的实用镇定方案。文末给出了仿真实例,验证了本文的结果。     

基于自适应尺度变换-双稳态随机共振模型的BPSK信号检测算法

为提升在强噪声背景下对二进制相移键控(binary phase shift keying, BPSK)信号的检测性能, 针对主流方法在抑制噪声过程中信号受到一定程度的削弱、信号处理系统引入新噪声导致检测性能下降的问题,提出了基于自适应尺度变换双稳态随机共振模型的BPSK信号检测算法。对于经典的双稳态随机共振系统只能处理小幅度、低频段的周期信号的情况, 首先将双稳态随机共振系统进行尺度变换, 证明在高采样率条件下, 双稳态随机共振系统可应用于高频的BPSK信号, 并基于Neyman-Pearson准则设计了非线性阈值检测系统, 推导且定量表示出检测器的误码率, 以此作为反馈量, 自适应地调节系统参数, 构建了信号检测的完备流程。通过仿真实验验证了尺度变换的可行性以及所提算法的适用性, 为低信噪比条件下的弱BPSK信号检测提供了理论依据。     

循环平稳性与随机共振理论的非绝热描述

噪声背景中周期信号的循环平稳性是信号处理中一个重要的特征.本文利用随机循环平稳过程的有关理论研究复杂随机动态系统中的随机共振现象.依据系统输出的一维准稳态概率密度近似理论,本文推导了系统输出二维跃迁概率密度、稳态自相关函数和系统输出信噪比的公式.输出信噪比随着输入噪声强度增加而呈现的随机共振现象,理论分析和数值试验结果非常吻合.此理论为随机共振理论的一种非绝热描述,不仅能够解释经典随机共振现象,而且能够描述驻留随机共振现象,对于复杂随机动态系统的信息处理机制具有重要理论指导意义.     

双惯导系统水平阻尼技术研究

根据舰艇中一般配备两套或多套互为备份惯导系统的情况,提出了双惯导系统的阻尼新方法。在借鉴传统水平阻尼网络的基础上,针对双惯导系统的特性设计了新的阻尼网络,并分析了其误差源与双惯导阻尼网络的关系,对双惯导系统的导航参数进行线性组合输出。通过仿真分析,比较两套阻尼系统的仿真结果,可以看出双惯导水平阻尼能够显著降低外速度误差的影响,抑制经度误差。     

考虑轨道不平顺的高速磁浮列车导向系统控制器设计

为了降低轨道随机不平顺对高速磁浮列车导向系统的影响,研究了轨道随机不平顺影响下的导向控制器设计方法。在介绍导向系统结构的基础上,推导了导向系统的数学模型;基于该模型,分析了轨道随机不平顺对导向系统的影响。采用成熟的最优控制理论,通过将轨道随机不平顺引入控制器的性能指标,给出了考虑轨道随机不平顺的导向控制器设计方法。通过仿真表明,这种控制器减小了轨道随机不平顺对导向系统的影响,取得了期望的控制性能。