基于分段隨機共振模型的信號處理系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨機共振是上世紀(jì)八十年代提出來的一種新的非線性弱信號檢測方法。它能夠使原始信號和噪聲在非線性系統(tǒng)中產(chǎn)生協(xié)同作用，最終達到減弱噪聲和檢測信號的目的。本論文基于分段隨機共振模型的信號處理系統(tǒng)開展核心硬件電路的設(shè)計、實驗及其應(yīng)用研究。
　　首先，本文闡述了隨機共振在國內(nèi)外的發(fā)展進程以及各領(lǐng)域的研究近況；通過粒子的布朗運動引出了雙穩(wěn)隨機共振的朗之萬方程和?？恕绽士朔匠?，解釋了隨機共振產(chǎn)生的機理。介紹了包括絕熱近似理論在內(nèi)的經(jīng)典隨機共振理

2、論及其不足，給出了雙穩(wěn)模型的輸出信噪比以及信噪比與噪聲強度和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系。簡單介紹了傅里葉變換等相關(guān)知識，為后續(xù)的研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　其次，根據(jù)分段混合隨機共振數(shù)學(xué)模型，在MATLAB上對該系統(tǒng)進行了數(shù)值仿真。依據(jù)該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型設(shè)計了隨機共振信號處理系統(tǒng)核心硬件電路，闡述了電路設(shè)計原理，分模塊實驗驗證了該電路系統(tǒng)的正確性。
　　接著，基于此分段混合信號檢測系統(tǒng)，對不同頻率、幅值的正弦輸入信號在無噪聲和有噪聲的情

3、形下進行了大量的信號檢測實驗研究，同時對方波信號、三角波信號等其他幾種典型的周期信號以及非周期二值信號也進行了噪聲背景下的信號提取實驗研究，驗證了該信號檢測系統(tǒng)能夠?qū)娫肼暠尘跋碌奈⑷踔芷谛盘栆约胺侵芷诙敌盘栠M行檢測和提取，為進一步的工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。文中還就實驗中所用到的非周期二值信號產(chǎn)生的方法、簡易信號發(fā)生器軟件及硬件的設(shè)計實現(xiàn)進行了說明。
　　隨后，基于分段混合信號檢測系統(tǒng)，在理論和電路實驗兩方面闡述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對隨機

4、共振現(xiàn)象以及系統(tǒng)輸出的影響。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)弱信號頻率處的輸出譜高和信噪比隨著系統(tǒng)參數(shù)的增大都存在一個峰值。
　　最后，在分段混合信號檢測系統(tǒng)硬件電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計實現(xiàn)了經(jīng)典雙穩(wěn)模型和分段線性模型信號檢測硬件電路，對以上三種隨機共振模型的信號檢測系統(tǒng)進行了對比實驗研究，通過實驗驗證了經(jīng)典雙穩(wěn)系統(tǒng)存在飽和特性，發(fā)現(xiàn)分段混合和分段線性信號檢測系統(tǒng)在強噪聲下提取信號的效果均優(yōu)于經(jīng)典雙穩(wěn)系統(tǒng)，且兩種分段隨機共振的信號檢測系統(tǒng)對信