基于随机共振的微弱信号检测_梁军利

第25卷第4期2008年4月机电工程Vo l.25 No. 4Ap r. 2008 M E CHAN I CAL & E L E CTR I C AL EN G I N E ER I N G M A G A Z I N E基于随机共振原理的微弱信号检测与应用3何大海,赵文礼,梅晓俊(杭州电子科技大学机械工程学院,浙江杭州310018 )摘要:阐述了应用随机共振对微弱信号进行检测的原理。

在研究双稳态非线性系统的基础上,设计了非线性系统及其控制系统电路,该系统可以大大抑制噪声,并在双稳态系统中产生信号调制噪声效应。

对双稳态系统的输出信号作了频谱分析,辨识出了淹没在白噪声中的微弱正弦信号频率。

实践应用证明,此方法明显提高了信噪比,免去了求解复杂的统计微分方程,这在多传感器测量和机械系统故障早期检测中具有一定的实际应用价值。

关键词:随机共振;双稳态系统;白噪声;微弱信号;信噪比中图分类号: T N911. 23文献标识码: A文章编号: 1001 - 4551 ( 2008 )04 - 0071 - 04A pp l i ca t i on an d de tec t i on of wea k s i gna l ba sed on stocha st i c re s onan c eH E D a2ha i, ZHAO W en2li, M E I X i ao2j un( College of M echan i ca l Eng i neering, H a ngzhou D ianzi U n i versity, H a ngzhou 310018, Ch ina)A b stra c t: The ba sic p rinc i p le of stocha stic re sonance ( S R ) in weak sig na l de tec ti o n wa s in tr oduced. O n the ba sis of stud yi n g non linea r b istab le sy stem , the non linea r system and its con t r o l system c ircu it we re stud ied. The system can grea tly su pp re s s n o i s e and g ene ra te sig na l to ad ju st no ise effec t in b istab le system. S p ec tru m ana lysis in ou tp u t sig na l of b istab le sy stem can i d en t i f y the frequency of weak sinu s o i da l sig na l concea l ed in the wh i te no i se. The p rac t ica l app lica t i o n show s tha t the sig na l2no i se ra t i o ( S NR )can be sig n i fican t ly inc r ea s ed and s o lving comp lica t ed sta t istica l d i ffe r en t ia l equa t ion can be av o i ded by u s ing the m e t h2 od. It po s se s se s grea t p rac t ica l va l ue fo r app lica t ion in m u l ti2sen s o r m e a s u r em e n t and ea r ly fau l t de t ec t ion of m e chan i ca l system. Key word s: stocha s tic re s onance ( S R ); b i stab l e system; wh i te no i se; weak sig na l; sig na l2no i se ra t i o( S NR )0 前言随机共振的概念最初是1 随机共振原理在双稳态或多稳态的非线性系统中, 要实现1981 年由B e nzi等人在SR研究古气象冰川问题时提出来的,它描述了一个非线性系统与输入的信号和噪声之间存在某种匹配时,噪声能量就会向信号能量转移,输入信号的信噪比不仅不会降低,反而会大幅度地增加。

基于随机共振方法的微弱信号检测技术研究基于随机共振方法的微弱信号检测技术研究摘要：随着科技的不断进步，微弱信号的检测在许多领域中扮演着重要角色，如地震监测、生物医学和通信等。

然而，由于环境噪声和信号衰减等因素的影响，微弱信号的检测一直是一个挑战。

基于随机共振方法的微弱信号检测技术通过引入外部随机激励，突破了传统检测方法的限制，具有较高的检测灵敏度和抗干扰能力。

本文将探讨基于随机共振方法的微弱信号检测技术的原理及其在不同领域中的应用。

一、引言微弱信号是指信号强度较低，很难被传统方法直接检测到的信号。

传统的微弱信号检测方法包括滤波器、放大器和相关器等，然而这些方法往往受到环境噪声和信号衰减的影响，很难实现高灵敏度的检测。

为了解决这个问题，科学家们提出了基于随机共振方法的微弱信号检测技术。

二、基于随机共振方法的原理随机共振方法是一种利用特定的随机信号激励来提高系统响应和信号检测灵敏度的方法。

它通过引入随机激励，增加系统激励和响应之间的非线性关系，从而使系统能够对微弱信号作出更大的响应。

其原理主要包括两个方面：非线性耦合和共振增强。

1. 非线性耦合在传统的线性系统中，输入信号和系统响应呈线性关系，无法对微弱信号进行有效检测。

而随机共振方法通过引入非线性耦合，即将系统中的非线性元件与线性元件耦合在一起，使系统呈现非线性响应。

这种非线性耦合可以使系统对微弱信号具有较高的响应灵敏度。

2. 共振增强共振是一种系统在特定频率下的自由振动现象，当系统的固有频率与输入信号的频率相匹配时，系统的响应会显著增强。

基于随机共振方法的微弱信号检测技术通过调节激励信号的频率和振幅，使系统处于共振状态，从而实现对微弱信号的增强和检测。

三、基于随机共振方法的应用基于随机共振方法的微弱信号检测技术在许多领域中都有广泛应用。

1. 地震监测地震是一种地壳运动的表现，对地震进行及时监测和预警对于减少地震灾害具有重要意义。

基于随机共振方法的微弱信号检测技术可以提高地震监测仪器的灵敏度，检测到更多微小地震信号，为地震预警提供更准确的信息。

基于调制随机共振的微弱信号频率检测方法
李忠虎;蔡志全
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2014(000)008
【摘要】以工程实践中被强噪声淹没的微弱信号检测为背景,提出了一种基于调制随机共振的微弱信号频率检测方法.针对常用的随机共振系统检测受到信号的小频率和小幅值的约束,采用调制随机共振检测,进而使大频率信号变为适宜随机共振处理的小频率信号.在Matlab平台上对微弱正弦信号检测进行了仿真研究,实验结果表明该方法能够有效地检测出微弱信号的频率.文中最后给出了调制随机共振实现电路.
【总页数】3页(P104-106)
【作者】李忠虎;蔡志全
【作者单位】内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头014010
【正文语种】中文
【中图分类】TP216
【相关文献】
1.基于非线性耦合双稳态随机共振的轴承微弱故障信号增强检测方法研究 [J], 时培明;孙鹏;袁丹真
2.基于调制随机共振的微弱信号检测研究 [J], 夏均忠;刘远宏;马宗坡;冷永刚;安相
璧
3.基于QGA和随机共振的轴承微弱故障信号检测方法 [J], 葛江华;王岩;王亚萍;孙永国;许迪
4.基于时延反馈多稳随机共振的微弱信号检测方法 [J], 时培明;袁丹真;张文跃;李梦迪;韩东颖
5.基于归一化随机共振的水下微弱目标检测方法 [J], 王雪
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于随机共振的微弱信号检测模型及应用研究摘要：基于随机共振的微弱信号检测模型能够有效地检测微弱信号，不仅可以应用于物理学、医学、地质学等领域的实验研究中，也可以用于信号处理、图像识别等领域的实际应用。

本文主要介绍了基于随机共振的微弱信号检测模型及其应用研究，包括基本原理、建模方法、检测方法和应用效果等方面。

首先介绍了随机共振的产生机制和基本原理，随后对其进行建模，包括信号源、噪声源和积分电路的建模等。

然后，详细介绍了基于随机共振的微弱信号检测方法，包括极限环法、平衡点法和扫描法等。

最后，通过实验验证了基于随机共振的微弱信号检测模型的有效性和应用效果。

关键词：随机共振；微弱信号；检测模型；极限环法；平衡点法；扫描法一、引言在现代科技发展与应用过程中，微弱信号的检测是一个重要而又难以解决的问题。

微弱信号的检测不仅可以应用于物理学、医学、地质学等领域的实验研究中，也可以用于信号处理、图像识别等领域的实际应用。

目前，微弱信号的检测方法有很多，其中基于随机共振的微弱信号检测模型是一种比较有效的方法。

二、基本原理随机共振是一种非线性系统在外加激励下所呈现出的一种特殊的动态行为。

当随机激励强度适当时，非线性系统的输出响应表现出比较明显的激励增益效应。

这种效应称为随机共振。

三、建模方法基于随机共振的微弱信号检测模型包含信号源、噪声源和积分电路的建模。

其中，信号源可以是任意一种信号源，如正弦波、方波、三角波等。

噪声源一般是高斯白噪声。

积分电路则采用二阶滤波器。

四、检测方法基于随机共振的微弱信号检测方法包括极限环法、平衡点法和扫描法等。

其中，极限环法是指通过调节激励信号频率的方法，使得随机共振同时出现在信号频率和噪声频率处，从而获得最大输出电压；平衡点法是通过调节相位或幅值，最终找到系统的平衡点，达到检测微弱信号的目的；扫描法则是通过在一定频率范围内连续检测信号，然后对比各个频率对应的输出功率判断是否有信号存在。

五、应用效果本文通过实验验证了基于随机共振的微弱信号检测模型的有效性和应用效果。