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基于并联随机共振的弱信号检测研究

李文清  
【摘要】:从强大的背景噪声中检测出有用的弱信号已经越来越广泛的应用到工程实践中,包括从海洋噪声中提取信号源,地震伤亡人员的气息检测,生物质的微弱变化以及机械设备的故障诊断等方面有了很好的应用。鉴于弱信号的应用范围越来越广逐渐发展出了弱信号检测学。弱信号的检测研究是基于数理学,动力学,电子学和统计学的研究,研究输入信号和附加噪声的规律,找出削弱噪声强度或者抑制噪声的方法并从中提取出有用的信号,从而达到降低信噪比的目的。弱信号检测技术不断发展,已经从最初的线性时变的单一检测方法逐渐发展成为非线性混响的综合检测方法。作者通过大量查阅文献资料找出了一种能将噪声能量经过某种作用转换为信号的方法,即随机共振的原理。随机共振是将噪声作为一种有益信号,通过双稳系统的跃迁效应使弱信号得以增强的现象。随机共振系统是通过双稳态系统对噪声和信号起作用的,因此在随机共振的理论中需要调节双稳系统的参数使系统与输入信号达到一种共振的状态,在这种状态下噪声能量会发生跃迁并叠加到有益信号中去。作者通过对双稳系统添加信号和噪声并得出实验的仿真结果验证了随机共振方法的有效性。弱信号检测中随机共振理论对双稳系统的参数有很强的依赖性,而并联随机共振的使用能在一定程度上弱化双稳系统对参数的依赖,在对并联随机共振的信号仿真结果的研究中发现,将信号和强噪声同时输入到多层随机共振的子系统中,并对子系统输出的结果进行互相关和自相关的分析,最后提取相同成分,可以达到提高信噪比的目的。最后作者将并联随机共振的方法应用于工程信号滚动轴承的故障信号的检测中,验证了方法的有效性。随机共振用于弱信号检测的方法越来越受到学者们的重视,它所研究的领域也在不断的扩大,它的应用范围也将越来越广,而在不久的将来应用随机共振提取弱信号也会变得越来越广泛。


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