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基于分段线性模型的随机共振信号检测研究

陈旋  
【摘要】:随机共振自上个世纪八十年代提出以来,慢慢开始用于弱信号的检测,这种非线性系统能够使原始信号和噪声在系统中产生协同作用,最终达到减弱噪声和检测信号的目的。论文以我们提出的一个新的分段线性随机共振模型为对象,研究了基于随机共振理论的噪声背景下的弱信号检测问题。 论文首先对经典随机共振模型—双稳态模型进行介绍,研究了双稳态模型的势函数,解释了随机共振产生的原因,介绍了经典随机共振理论—绝热近似理论,给出双稳态模型信号输出信噪比随噪声强度与系统参数变化的关系,并对论文中所使用的傅里叶变换做了简要的叙述,为后续的研究做了理论准备。 其次,针对我们提出的分段线性随机共振模型,对模型的势函数和参数进行了相应的说明,用数值方法,分别在噪声为零和噪声不为零的条件下,对比研究了分段线性模型和双稳模型的随机共振行为,对分段线性随机共振模型的特性,进行了深入的了解。研究表明,该系统在合适的参数和驱动信号作用下,可以产生随机共振行为,在强噪声下,信号提取的效果优于经典的双稳模型。 接着,论文重点研究了分段线性随机共振模型的电路实现,从电路的基本组成单元入手,分别对线性电路的基本单元和非线性电路的基本单元进行了阐述,再根据分段线性模型将系统分解为若干小模块,给出了具体的设计实现方案,设计调试实现了硬件电路。 最后,基于上述硬件电路,对正弦信号、方波信号、三角波信号等其他几种典型的周期信号进行弱信号检测实验研究。在无噪声和有噪声的条件下,对参数的选取,噪声强度的影响,信噪比的变化等进行了一定的实验研究。结果表明,该模型系统能够对噪声背景下的微弱的正弦信号和多种其他类型的信号提取,这为进一步的工程应用奠定了基础。该研究内容,得到了国家自然科学基金“基于随机共振理论的非线性滤波原理与技术研究”的资助。 论文创新点:(1)基于分段线性随机共振模型设计实现了硬件电路;(2)在该硬件电路上进行了信号检测的实验研究,为进一步的工程应用奠定了基础。


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