收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于随机共振的弱光信号非线性重构技术研究

韩靖  
【摘要】:光学信号处理技术在激光雷达,空间光通信和远程光学遥感等相关领域有着重要的应用价值。在实际应用中,光学待测信号很容易被传输介质散射或背景光噪声干扰,造成接收信噪比急剧下降。当噪声强度远高于信号,或噪声和信号存在关联性时,以滤波技术为主的常规检测方法难以实现初始信号的有效识别。然而在某些特殊的非线性系统中,噪声的增强反而使得输出信噪比出现一定程度提升,即呈现随机共振现象。基于随机共振效应可以有效地将被噪声湮没的信号恢复出来,但作为一种新型的信号处理技术,其基础理论距离实际应用仍存在较大差距,需要开展更深入的研究工作。本文主要研究多种噪声环境中,利用非线性光学效应实现随机共振,从而获得高质量的弱光信号重构。具体研究内容如下:1、论述了噪声环境中弱光信号探测技术的重要意义,以及该技术发展的瓶颈。在此基础上引入了光学随机共振的概念,总结了统计噪声、规则信号和非线性系统三要素在实现随机共振中起到的作用,以及弱光信号随机共振探测性能的衡量指标,并简要回顾了随机共振在微弱信号处理中的发展历程。2、研究了常见的基于二能级介质共振环形腔双稳态的随机共振理论,证明了限制时域信号重构响应时间的主要原因在于临界慢化效应导致的时域延迟,据此提出了基于表面等离子体双稳态的弱光纳秒脉冲信号随机共振重构。设计了含Kretschmann结构的反馈型环形腔光路,推导了输入与输出强度的双稳态方程和传播常数方程,通过优化金属层厚度和入射角度,最大程度地激发表面等离子体以降低非线性介质表面的反射系数和相位延迟,实现了高强度噪声中的纳秒脉冲信号提取。该方法克服了以往双稳态随机共振响应时间为毫秒级的限制,最高互相关度增益达8倍。3、提出了一种在光学时空混沌系统中基于调制不稳定性机理实现随机共振的方法,从二维复数金兹堡-朗道方程出发,推导了部分相干光的时空混沌不稳定性增益方程,通过调节非线性介质中的自聚焦系数、衍射系数和入射光相干长度,实现了噪声强度增加时初始信号的隐藏与重构,并发现信噪比增益随噪声强度的增强而提升,最高信噪比增益为5 dB,时域窗口约为100 ms。4、研究了光学图像在大气介质中传播时空间相干性退化的原因,并探究了强散射介质中弱光脉冲图像信号的随机共振重构机理。利用空域调制不稳定性理论、光折变带输运理论及辐射模Wigner-Moyal变换方法,推导了噪声信号不稳定性增益方程,分析了包括光折变晶体外加电场强度和相干长度等系统参数对输出效果的影响。在输入图像信噪比为1:25时,通过参数调谐,实现了互相关度增益高达10倍的纳秒脉冲图像信号重构。5、针对常规探测方式难以有效识别乘性噪声图像信号,以及自调制不稳定性随机共振中图像高频信息丢失的难题,提出了基于交叉调制不稳定性的图像随机共振重构,建立了部分相干光噪声与信号耦合的不稳定性增益模型。发现通过耦合相干程度较低的背景噪声,待测信号可以获得更高的不稳定性增益,从而实现噪声光能量向信号光的有序转移。实验设计了乘性含噪信号和背景噪声的双光束耦合光路,优化噪声和信号相干长度实现了互相关度增益3.2倍的乘性噪声图像重构,并证明该方法可以有效恢复初始图像的形状轮廓等低频信息和边缘细节等高频信息。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 石海霞;;智能算法在自适应随机共振中的应用[J];科技展望;2016年32期
2 任昱昊;季冰;许丽艳;段法兵;;震荡随机共振的信噪比增益研究与电路仿真[J];复杂系统与复杂性科学;2015年01期
3 李忠虎;蔡志全;;基于调制随机共振的微弱信号频率检测方法[J];仪表技术与传感器;2014年08期
4 赵军;赖欣欢;孔明;林敏;;双频信号作用下的单稳随机共振数值研究[J];噪声与振动控制;2013年01期
5 方倩;赵文礼;;基于随机共振原理的自适应检测系统设计[J];杭州电子科技大学学报;2013年01期
6 雷亚国;韩冬;林京;何正嘉;谭继勇;;自适应随机共振新方法及其在故障诊断中的应用[J];机械工程学报;2012年07期
7 涂水林;邬正义;吴正阳;;阵列调制随机共振在微弱信号特征提取方面的应用[J];计算机测量与控制;2012年06期
8 张丽珠;于健;;基于调制随机共振大频率信号检测的仿真[J];天津职业技术师范大学学报;2012年04期
9 万频;詹宜巨;李学聪;王永华;;一种单稳随机共振系统信噪比增益的数值研究[J];物理学报;2011年04期
10 冷永刚;赵尔华;石鹏;张莹;;二维随机共振参数调节的图像处理[J];天津大学学报;2011年10期
11 于淼;李式巨;杨志敏;;自适应随机共振二进制基带信号处理[J];浙江大学学报(工学版);2010年04期
12 王明阳;韩乐;周一宇;姜文利;;基于参数可调随机共振的微弱单方波脉冲检测方法[J];宇航学报;2007年02期
13 冷永刚,王太勇,郭焱,许俊艳;二次采样随机共振的工程应用研究[J];中国机械工程;2004年20期
14 王辅忠,温孝东,李蓉,秦光戎;有阻尼项的随机共振研究[J];北京师范大学学报(自然科学版);1996年01期
15 祝恒江,吴锡田;随机共振研究进展[J];大学物理;1997年07期
16 刘志芳;李健;;基于单稳随机共振的语音增强处理[J];电脑知识与技术;2015年01期
17 朱维娜;林敏;;基于人工鱼群算法的轴承故障随机共振自适应检测方法[J];振动与冲击;2014年06期
18 高仕龙;阚碧霞;;随机时滞双稳系统中的参数调节随机共振[J];乐山师范学院学报;2013年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 康艳梅;;关于随机共振的理论研究——几个尚未解决的问题[A];第三届全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2009年
2 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
3 申建伟;;自诱导随机共振相关研究进展及其在基因网络动力学研究中的应用[A];第六届全国动力学与控制青年学者学术研讨会论文摘要集[C];2012年
4 许勇;;非线性系统的逻辑随机共振研究[A];第七届全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2013年
5 刘甜;王青云;张红慧;;异质神经元和信息时滞对神经元网络随机共振的影响[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年
6 付宇轩;康艳梅;谢勇;;电磁辐射下神经元电活动的次临界Hopf分岔和随机共振[A];第四届全国神经动力学学术会议摘要集[C];2018年
7 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
8 何美娟;孙中奎;徐伟;;基于统计复杂测度的随机共振研究[A];第七届全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2013年
9 徐博侯;章惠全;;参数诱导的随机共振在浅海混响目标探测中的应用[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
10 靳艳飞;;周期势系统的随机共振研究[A];第七届全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韩靖;基于随机共振的弱光信号非线性重构技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2018年
2 梁琳琳;基于非线性随机共振的数字信号检测技术研究[D];西安电子科技大学;2018年
3 李志星;基于强噪声背景下随机共振的微弱故障诊断方法研究[D];北京科技大学;2018年
4 刘军;随机共振与感觉信息处理的理论和实验研究[D];浙江大学;2004年
5 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
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 杨定新;微弱特征信号检测的随机共振方法与应用研究[D];国防科学技术大学;2004年
8 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
9 汪茂胜;耦合动力系统中若干复杂性和非线性问题的研究[D];中国科学技术大学;2007年
10 郭锋;随机共振及其在微弱信号检测中的应用[D];电子科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘真真;活性布朗粒子的熵随机共振[D];云南大学;2017年
2 张义;基于参数调节随机共振的弱信号提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
3 黄现云;旋转机械振动信号处理及故障诊断方法研究[D];南京信息工程大学;2018年
4 周子贤;滚动轴承微弱故障信号特征提取与识别研究[D];南京信息工程大学;2018年
5 匡宇麒;基于随机共振和Otsu-EWT的滚动轴承早期故障诊断方法[D];哈尔滨理工大学;2018年
6 廉朋;基于变分模态分解与随机共振的地铁齿轮箱故障诊断研究[D];北京建筑大学;2018年
7 李佳;α稳定噪声环境下微弱信号的单稳随机共振检测方法研究[D];西安理工大学;2015年
8 刘海姣;低对比度暗图像的正则化动态随机共振增强方法[D];南京理工大学;2018年
9 朱晨光;基于优化随机共振系统和灰色关联理论的AUV推进器弱故障诊断方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
10 韩帅;强噪声背景下滚动轴承微弱特征提取及故障诊断研究[D];中国矿业大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前1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
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978