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《重庆邮电大学》 2018年
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噪声诱导多稳态随机共振微弱信号检测研究

李红威  
【摘要】:微弱信号检测技术广泛应用于故障诊断、生物学等领域,它是信号处理方向的重要分支。近年来人们将随机共振应用于微弱信号检测方法中,它使传统的抑制噪声检测转变为“变废为宝”的非线性检测;在微弱信号检测时噪声与信号通过随机共振系统达到协同作用,部分噪声能量被转移给待测信号从而“突出”淹没在噪声中的目标信号,由于随机共振这种变害为利的特点,使得其在微弱信号检测中的研究越来越火热。论文简要介绍了随机共振在微弱信号检测领域的研究进展,分析了经典双稳随机共振的动力学行为,重点研究了二阶三稳态、混合三稳态系统的随机共振现象及在微弱信号检测中的应用并利用多种微弱信号检测技术构建联合检测系统。论文的主要工作如下:1.针对经典双稳态随机共振系统在微弱信号检测时未能对噪声能量有效利用使得检测效果不理想的问题,研究了二阶三稳态随机共振系统。首先由悬臂梁运动轨迹构建三稳态系统,理论对比了三稳系统、经典双稳系统的信噪比,然后以典型真实噪声模型二值噪声(随机电报噪声)为背景,信噪比增益为衡量指标探究了二阶三稳态系统的随机共振现象及系统中阻尼比随着噪声强度变化的关系;最后利用该系统实现模拟微弱信号检测做了仿真验证,随之以美国凯斯西储大学的实际轴承故障信号用本系统做了检测并对比了经典双稳态系统的检测效果。研究表明:在噪声及微弱信号一定的情况下通过调节二阶三稳态的各个势函数参数及阻尼比可产生随机共振,因此通过调节势函数参数及阻尼比可提高噪声利用率,促使噪声能量向有用信号能量转移,增加系统输出中有用信号的能量,二阶三稳态在微弱信号及实际轴承信号检测时噪声利用率优于经典双稳态,能够达到更好的检测效果。2.针对故障特征信号在诊断时经常淹没在噪声中难以提取问题,利用woods-saxon型单稳态模型与混合型双稳态模型结合给出一种混合型三稳态随机共振稳态模型。首先阐述了混合三稳态的构建方法,然后探究α噪声不同噪声脉冲指数、对称参数下各个系统参数、阻尼比改变的随机共振现象;最后利用α噪声背景下的模拟故障信号和美国凯斯西储大学滚动轴承数据中心故障数据验证改系统的有效性并对比经典双稳态系统。研究表明:在不同α噪声分布下通过系统参数、阻尼比的改变该系统能够产生随机共振现象;混合三稳态系统在模拟故障信号和滚动体故障检测中效果均优于经典双稳态系统并且能够检测出经典双稳态未检测出的待测信号?3.为进一步增强随机共振对微弱信号的检测能力,给出了联合检测系统。首先将含噪信号通过小波阈值降噪并将降噪后的信号进行经验模态分解,然后利用信噪比定位模态法选取信噪比较高模态分量,对选取的模态进行合成使其待测特征得到突出;最后将其送入三稳态随机共振系统。经过模拟信号及美国凯斯西储大学滚动轴承内外圈故障诊断仿真结果表明:该系统能够准确的检测出目标信号,提高了系统检测的有效性。
【学位授予单位】:重庆邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN911.23

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【参考文献】
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