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《杭州电子科技大学》 2009年
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弱信号检测随机共振机制的网络模型及应用研究

耿丽硕  
【摘要】:强噪声背景下的弱信号检测研究,是测量技术的热点和难点之一,在生物医学、测控、以及军事等领域有着重要的应用前景。近年来,随机共振理论和实验研究的开展,为弱信号检测提供了新的思路和方法。 目前基于随机共振的弱信号检测研究中,更多关注于单层或开环结构的模型。但在实际应用中,此类模型容易受到背景噪声强度和信号幅值的影响。因此本文提出将多层和反馈结构应用于随机共振模型中,对单层、双层以及反馈结构的周期和非周期信号响应分别进行了研究、仿真和比较;以图像复原为例,进行了随机共振弱信号检测的实际应用。本文主要工作和研究成果如下: (1).研究了FitzHugh-Nagumo (FHN)神经元模型和双稳态模型的随机共振现象,分析了周期信号和非周期信号作用下的响应,验证了噪声对随机共振的作用,为后续实验奠定了基础; (2).模拟神经系统中神经元之间的会聚方式,构建了双层FHN神经元网络。并采用互信息率等评价方法,对单个神经元和双层神经元模型的随机共振性能进行了定量描述和比较,分析了该网络在噪声环境中的信号检测能力。实验结果表明,与单个神经元模型相比较,其检测性能受噪声强度和信号幅值的影响较小,更适合于动态环境下的弱信号检测; (3).为了降低开环网络在噪声强度多变的环境中对弱信号检测的不稳定性,本文提出将反馈环节引入双层FHN神经元网络模型,以改善可变噪声背景下的弱信号检测性能。研究结果表明,闭环神经元网络模型的随机共振现象要优于开环双层网络和单个神经元,能够在更宽的噪声范围内反映输入信号的规律,提高了稳定性能; (4).本文将随机共振机制应用于低信噪比图像复原中。在充分考虑图像像素空间相关性的基础上,采用0°和180°Hilbert扫描法,对二维图像进行独立降维;利用双稳态系统的非线性特性,通过添加特定强度的噪声,实现污染图像目标信息的增强;最后对降维信号的双稳态响应进行了决策和重构,实现了低信噪比图像的复原任务。实验结果表明,该方法抑制噪声的能力较好,对细节的重现效果清晰。尤其对于被强噪声污染(噪声强度=300)的图像,在主观视觉效果和信噪比评价上,与传统复原方法相比,具有较佳的性能。 本文研究成果表明在双层闭环网络结构中,基于随机共振的含噪信号检测具有更佳的稳定性能。而在图像复原中的具体实践,显示了随机共振在弱信号检测领域具有良好的实际应用前景。
【学位授予单位】:杭州电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN911.23

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 钟华;动作电位模式分类及神经元模型响应频率同步性研究[D];杭州电子科技大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨祥龙,江波,吴为麟,童勤业;工程信号测量中的自适应随机共振应用[J];电路与系统学报;2003年02期
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4 梁军利;杨树元;唐志峰;;基于随机共振的微弱信号检测[J];电子与信息学报;2006年06期
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9 韩晓鹏,刘军,童勤业;双层Hodgkin-Huxley神经元网络中的随机共振[J];生物物理学报;2004年05期
10 范臻;;信用资产组合优化的“条件在险值-补偿”型随机规划模型[J];应用数学与计算数学学报;2006年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王炳健;刘上乾;李庆;;基于FPGA的红外焦平面阵列实时非均匀性校正[J];半导体光电;2006年01期
2 王炳健;刘上乾;汪大宝;;基于FPGA的IRFPA非均匀性自适应校正算法实时实现[J];半导体光电;2008年04期
3 孟庆华;;基于随机共振的驱动桥故障诊断方法研究[J];传感技术学报;2007年04期
4 李国军;曾孝平;周晓娜;李林;曾理;;基于随机共振的微弱高频CW信号检测技术研究[J];电子科技大学学报;2010年05期
5 向学勤;杨翠容;范影乐;李轶;;基于随机共振检测的神经元非周期激励响应模拟研究[J];电子器件;2007年04期
6 吴宇宁;王美清;;基于层内和层间局域特性的小波域贝叶斯收缩去噪[J];福州大学学报(自然科学版);2008年01期
7 曹明明;王景;段法兵;;兴奋性神经群体的非周期信息传输研究[J];复杂系统与复杂性科学;2009年04期
8 李娴娟;许传炬;;分数阶Nernst-Planck方程的有限差分/谱元法求解[J];工程数学学报;2010年02期
9 王明明;刘庆华;;随机共振及其在微弱信号方位估计中的应用[J];桂林电子科技大学学报;2009年06期
10 吴锡;刘子骥;;非线性图像复原算法的研究[J];国外电子测量技术;2006年07期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 张广军;徐健学;王珏;王相波;姚宏;;用矩方法研究一维双稳系统分岔点邻域内的随机共振[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
2 ;Hedge Funds in Chapter 11[A];Proceedings of International Conference on Corporate Finance and Governance in Emerging Markets[C];2009年
3 ;The Image Denoising Method Based On Adaptive Wiener Filter And Wavelet Packet Transformation[A];Proceedings of 2008 International Conference on Modelling, Identification and Control[C];2008年
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5 ;Application of Plural Value CMA Blind Equalization Algorithm in Medical CT Image Restoration[A];Proceedings of 2010 International Conference on Services Science, Management and Engineering(Volume 1)[C];2010年
6 郭晓霞;杨慧中;;基于多阈值的小波包去噪[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘宇;多状态复杂系统可靠性建模及维修决策[D];电子科技大学;2010年
2 鲁志波;医学图像增强与插值的算法研究[D];解放军信息工程大学;2007年
3 钟鸣;移动式微小型自重构机器人系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 杨祥龙;随机共振理论在弱信号检测中的应用研究[D];浙江大学;2003年
5 尚晓清;多尺度分析在图像处理中的应用研究[D];西安电子科技大学;2004年
6 李建龙;随机共振的参数调节方法及在信号处理中的应用[D];浙江大学;2005年
7 冷永刚;大信号变尺度随机共振的机理分析及其工程应用研究[D];天津大学;2004年
8 张雪娟;双稳态系统,单稳态系统,耦合振子系和混沌系统的随机共振现象[D];北京大学;2002年
9 苏丽;远程心电监护诊断系统心电信号处理方法研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
10 张海霞;电压依赖性钾通道在Aβ_(25-35)诱导的神经元凋亡中的作用及相关药理学研究[D];中国协和医科大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 董涛;生物基因调控系统和钙离子振荡体系的动力学行为研究[D];广西师范学院;2010年
2 邹永杰;用非平稳度量区分白噪声过程与鞅差分序列[D];武汉理工大学;2011年
3 张红升;高等职业技术学院景观规划设计研究[D];西北农林科技大学;2010年
4 吕亚丽;基于非负矩阵分解的高光谱图像解混技术研究[D];杭州电子科技大学;2010年
5 陈岩;基于有监督奇异值分解和类随机森林决策方法的肿瘤特征基因筛选研究[D];杭州电子科技大学;2009年
6 姜琬;基于多级响应面法的翼梢小翼优化设计方法研究[D];南京航空航天大学;2010年
7 黄衍玺;基于无线传感器网络的导航系统设计与实现[D];南京航空航天大学;2009年
8 孙彦伟;功能离子液体的合成与应用及磺基吲哚烷酸类化合物的合成研究[D];河南科技大学;2009年
9 曹蕾;基于真实人体心脏数据的电生理建模及心肌缺血仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 曾强;具有分割健壮性的乳腺超声图像分类方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭强;田心;;神经编码的信息熵表达研究进展[J];国际生物医学工程杂志;2006年06期
2 吴朝晖;梁志明;李斌;;一种植入式神经控制信号传输的数据编码方法[J];华南理工大学学报(自然科学版);2009年09期
3 焦贤发,王如彬;刺激下可变耦合神经振子群活动的非线性随机演化模型[J];控制与决策;2005年08期
4 吕晓莉,彭建华,刘延柱;延时FitzHugh-Nagumo神经网络的时空编码[J];上海交通大学学报;2005年10期
5 丁勇;袁景淇;;基于人工神经网络的低信噪比神经元锋电位分类[J];上海交通大学学报;2006年05期
6 陈力超,顾蕴辉;神经元放电串中所含信息的编码理论和分析方法[J];生理科学进展;1999年02期
7 陈惟昌,王自强,陈志华,安荣姝;神经信息学的原理与展望[J];生物物理学报;2001年04期
8 韩晓鹏,刘军,童勤业;双层Hodgkin-Huxley神经元网络中的随机共振[J];生物物理学报;2004年05期
9 易晓斌;张海峰;;HH神经元对信号编码的响应[J];青海大学学报(自然科学版);2006年05期
10 丁伟东;袁景淇;梁培基;;多电极锋电位信号检测与分类方法研究[J];仪器仪表学报;2006年12期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 常文利;复杂网络上神经元系统对刺激的响应[D];兰州大学;2007年
2 丁伟东;神经锋电位信号识别方法研究[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 孙倪;多电极阵列上培养神经元网络的锋电位信号处理[D];华中科技大学;2004年
2 陈良泉;Hodgkin-Huxley模型的分岔分析与控制[D];天津大学;2006年
3 陈芳;多电极阵列MEA在神经信息学与神经生理学研究中的应用[D];浙江大学;2007年
4 方正华;神经元集群编码与解码模型研究[D];合肥工业大学;2009年
5 傅晓婕;基于序空间的神经脉冲编码研究及应用[D];浙江工业大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 杨祥龙,汪乐宇;随机共振技术在弱信号检测中的应用[J];电路与系统学报;2001年02期
3 杨祥龙,江波,吴为麟,童勤业;工程信号测量中的自适应随机共振应用[J];电路与系统学报;2003年02期
4 葛凤翔,蔡平,惠俊英,彭应宁;混响背景中目标回波检测和参数估计的一种新方法[J];电子学报;2001年03期
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10 祝恒江,李蓉,温孝东;利用随机共振在强噪声下提取信息信号[J];物理学报;2003年10期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高雯;高宝成;祖世强;;弱信号检测领域中随机共振的理论及应用研究[J];信息技术;2009年01期
2 李春树;安云峰;骆岩红;;随机共振方法在弱信号检测中的应用[J];现代电子技术;2009年03期
3 李浩;马晓岩;;一种基于随机共振的弱信号检测方法[J];空军雷达学院学报;2006年02期
4 张良斌;张良英;;基于频率调制随机共振的弱周期信号检测[J];噪声与振动控制;2008年03期
5 张宇;赵远;吕海峰;刘丽萍;孙秀冬;;利用随机共振进行弱信号检测的Labview虚拟实验系统[J];红外与激光工程;2006年S4期
6 王国富;欧阳缮;张海如;张法全;叶金才;;尺度变换用于随机共振的微弱周期信号检测[J];桂林电子科技大学学报;2010年05期
7 蔡锦恩,赵文礼,魏翠琴;强噪声背景下的微弱信号的识别技术研究[J];机械;2005年06期
8 兀旦晖;李秦君;杨萍;;噪声对基于Duffing方程弱信号检测的影响研究[J];计算机测量与控制;2010年01期
9 兀旦晖;杨萍;;随机共振技术在弱随机二元码检测中的应用研究[J];计算机测量与控制;2010年04期
10 王国富;张海如;张法全;叶金才;;时频压缩随机共振用于转子故障早期检测[J];电机与控制学报;2011年06期
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1 邢锴;周萍;欧阳楷;;随机共振理论及其在弱信号检测中的应用[A];21世纪医学工程学术研讨会论文摘要汇编[C];2001年
2 张广丽;吕希路;康艳梅;;参数诱导随机共振原理实现alpha稳定噪声中的弱信号检测[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
3 王辉辉;张群飞;罗峰;;一种被动宽带弱信号空间谱检测新方法[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
4 张宇;赵远;吕海峰;刘丽萍;孙秀冬;;利用随机共振进行弱信号检测的Labview虚拟实验系统[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(D 光电信息处理技术专题)[C];2006年
5 梁晓腾;臧胜涛;石林光;梁鸿贤;张军华;;分频SVD方法在地震弱信号检测中的应用研究[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
6 刘星;方尔正;;P-V法在水下弱信号检测中的应用[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
7 靳艳飞;;随机共振若干基础问题的研究[A];第四届全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2010年
8 平庆伟;夏桂芬;;激光混沌弱信号检测研究[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集(上册)[C];2010年
9 聂春燕;;基于互相关检测和混沌理论的弱信号检测方法研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
10 徐娇华;赵宗曦;张宇;;基于随机共振原理的微弱水声信号处理[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 董映璧;复杂物理系统存在多样性共振[N];科技日报;2006年
2 张巍巍;美借助非线性材料显现出隐藏物体图像[N];科技日报;2010年
3 黎骊/文 [美] Tom M.Mitchell 著;机器学习与智能化社会[N];中国邮政报;2003年
4 本报记者 刘霞;美用DNA制造出首个人造神经网络[N];科技日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨祥龙;随机共振理论在弱信号检测中的应用研究[D];浙江大学;2003年
2 吴莉莉;纳米碳管气敏传感器及随机共振检测系统的研究[D];浙江大学;2007年
3 梁晓冰;脉冲发放神经元及其耦合系统的随机模型研究与应用[D];国防科学技术大学;2009年
4 徐春生;微弱信号检测及机械故障诊断系统研究[D];天津大学;2008年
5 张莹;随机共振信号恢复机理与方法研究[D];天津大学;2010年
6 李杨;自适应卫星通信系统方案及相关技术研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2005年
7 冷永刚;大信号变尺度随机共振的机理分析及其工程应用研究[D];天津大学;2004年
8 刘志宏;噪声对神经活动影响的研究[D];电子科技大学;2010年
9 许聪;无源探测中弱信号检测及跟踪滤波方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 刘凡;中性点直接地系统铁磁谐振过电压的混沌特性与控制及检测方法研究[D];重庆大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 耿丽硕;弱信号检测随机共振机制的网络模型及应用研究[D];杭州电子科技大学;2009年
2 王曦;基于随机共振的弱信号检测研究[D];北京邮电大学;2010年
3 金涛;掺铒光纤弱信号混沌检测系统研究[D];长春理工大学;2010年
4 王强;基于随机共振的微弱冲击信号检测技术研究[D];北京邮电大学;2010年
5 刘文礼;生物电阻抗测量系统中弱信号检测技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 李子鸣;基于改进型ADVP模型的混沌控制及其在信号检测中的应用研究[D];杭州电子科技大学;2009年
7 陈可;弱信号随机共振检测机制及其在图像增强中的应用研究[D];杭州电子科技大学;2011年
8 高雯;基于非线性动力学原理的弱信号检测理论及提取方法研究[D];北京邮电大学;2009年
9 黄丹;随机共振在神经弱信号检测中的应用研究[D];浙江大学;2004年
10 刘鑫;基于随机共振理论的非周期信号提取方法研究[D];杭州电子科技大学;2009年
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