关联噪声驱动的非对称双稳系统的随机共振

运用统一色噪声近似理论和两态模型理论,研究了周期矩形信号和关联的乘性色噪声和加性白噪声驱动的非对称双稳系统的随机共振现象,得到了适合信号任意幅值的信噪比表达式.信噪比是乘性噪声强度、加性噪声强度、乘性噪声自关联时间、噪声耦合强度的非单调函数,所以该双稳系统中出现了随机共振.同时,调节加性噪声强度比调节乘性噪声强度更容易产生随机共振.势阱静态非对称性和噪声之间的耦合强度对信噪比的影响是不同的. 关键词： 非对称双稳系统 随机共振 信噪比 周期矩形信号     

弱噪声极限下二维布朗运动的随机共振现象

在弱噪声极限下，应用多维Fokker-Planck方程的与时间有关问题方面的理论，推导了对称双稳势阱中二维布朗粒子的概率跃迁速率，并基于绝热近似理论研究了弱噪声极限下受小幅低频周期力驱动的二维布朗运动的随机共振现象.与以前的结果相比，所得到的信噪比与阻尼系数的大小无关.精确的数值模拟结果进一步说明了所得的信噪比的适用性. 关键词： 二维布朗运动 弱噪声极限 随机共振 信噪比     

随机共振控制的频率匹配方法

根据非线性双稳系统在噪声和弱周期信号作用下产生随机共振的随机同步条件，提出了随机共振控制的频率匹配方法.理论分析和数值仿真结果表明，随机共振是可控制的，通过控制输入信号的频率和噪声的统计特性，不仅能拓宽产生随机共振的频率范围，而且能增强共振的强度，从而实现有更多的噪声能量转换为信号能量. 关键词： 随机共振 非线性双稳系统 频率匹配 控制     

四稳系统的双重随机共振特性

提出了一类8次势函数并讨论了其分岔特性,得到由左、右2个小尺度双稳势和中间势垒构成的对称四稳系统.建立了在周期力和随机力共同作用下四稳系统输出响应的近似解析表达式,并从能量角度引入功这一过程量来刻画大、小不同尺度双稳势之间的作功能力,发现四稳势中存在着双重随机共振现象.理论分析与数值仿真结果表明,当中间势垒高度大于左右2个小尺度双稳势的势垒高度时,四稳系统的响应随着噪声强度的变化由束缚在小尺度双稳系统中做小幅振动转变为跨越中间势垒的大幅振动,功随噪声强度的变化出现了双峰曲线,存在着双重随机共振,且小尺度随机共振能增强大尺度随机共振的效应.     

非高斯噪声驱动下非对称双稳系统的平均首次穿越时间与随机共振研究

研究了乘性非高斯噪声和加性高斯白噪声共同激励下非对称双稳系统的平均首次穿越时间和随机共振问题. 利用路径积分法和两态模型理论,推导出平均首次穿越时间和信噪比的表达式. 研究结果表明:势阱非对称性对两个不同方向的平均首次穿越时间的影响是不同的. 信噪比是加性噪声强度和势阱非对称性的非单调函数,系统出现了随机共振现象;信噪比是乘性噪声强度的单调函数,没有共振峰出现. 这说明该系统中乘性噪声强度和加性噪声强度对信噪比的影响是不同的. 关键词： 非高斯噪声 非对称双稳系统 平均首次穿越时间 随机共振     

α稳定噪声驱动的非对称双稳随机共振现象

以微弱周期信号激励的非对称双稳系统为模型,以信噪比增益为指标,首先针对加性和乘性α稳定噪声共同作用的随机共振现象展开了研究,然后针对单独加性α稳定噪声激励的随机共振现象进行了研究,探究了α稳定噪声特征指数α和对称参数β分别取不同值时,系统结构参数a,b,刻画双稳系统非对称性的偏度r以及α稳定噪声强度放大系数Q或D对非对称双稳系统共振输出的作用规律.研究结果表明,无论在加性和乘性α稳定噪声共同作用下还是在单独加性α稳定噪声作用下,通过调节a和b或者r均可诱导随机共振,实现微弱信号的检测,且有多个参数区间与之对应,这些区间不随α或β的变化而变化;在研究噪声诱导的随机共振现象时发现,调节噪声强度放大系数也可使系统产生随机共振现象,且达到共振状态时D的区间也不随α或β的变化而变化.这些结论为α稳定噪声环境下参数诱导随机共振中系统参数以及噪声诱导随机共振中噪声强度的合理选取提供了依据.     

非对称双稳耦合网络系统的尺度随机共振研究

研究了不同周期信号调制下非对称双稳耦合网络系统的尺度随机共振问题. 针对该网络系统, 首先运用高斯近似和役使原理对其进行了降维, 推导了其简化模型. 在绝热近似条件下, 利用Fokker-Planck方程分别得到了余弦信号和矩形信号调制下信噪比的解析表达式. 在此基础上, 研究了系统的尺度随机共振行为, 并讨论了非对称性、噪声强度、周期信号的振幅和耦合系数对系统尺度随机共振的影响. 结果表明, 两种情形下信噪比均是系统尺度的非单调函数, 说明在此网络系统中产生了共振现象. 关键词： 尺度随机共振 非对称双稳耦合网络系统 余弦信号 矩形信号     

由加性和乘性噪声驱动的非对称双稳系统的随机共振

根据信噪比理论，研究了由乘性和加性白噪声以及周期矩形信号共同作用的非对称双稳系统的随机共振。推导出了信噪比的解析表达式，并且该表达式适用于任意的信号振幅。数值分析表明乘性噪声强度D和加性噪声强度α对信噪比的影响是不同的：对应于任意的一个非对称系数r的值，SNR-α 曲线比SNR-D曲线更容易出现随机共振。即当系统的双阱不是很不对称的时候，改变加性噪声比改变乘性噪声更容易产生随机共振。此外，势井的非对称性能够减小信噪比。     

级联双稳系统的随机共振特性

研究了两个双稳系统级联的随机共振特性，由于第一级双稳系统的作用是将白噪声转变为色噪声，因此它是整个级联系统中最重要的环节，以后各级系统近似按洛伦兹分布将噪声能量不断向低频区域集中，从而减弱高频抖动，突出波形的基本轮廓.频谱中信号谱峰随噪声强度的变化规律表明，级联双稳系统只在有限的低频范围内，通过一定量的噪声强度来增强信号频率处的谱峰高度，如果前一级系统未达到随机共振状态，那么其后一级并不能对前一级的输出进行“优化”而形成随机共振.级联双稳系统级数的增加，会使噪声能量集中的低频区域变窄，信号谱峰易被压缩和受到噪声干扰.虽然可以用二次采样方法进行改善，但其改善程度有限.因此对于信号检测而言，使用单级双稳系统即可. 关键词： 级联双稳系统 随机共振 频谱 噪声     

耦合双稳系统的随机共振控制

两个双稳系统经非线性耦合而成为多稳态系统,该耦合系统与单一双稳系统相比具有较高的理论研究和实际应用价值.解析地分析了耦合系统在含噪弱周期信号作用下的响应特性,给出了耦合系数和双稳系统参数对随机共振的影响,表明耦合系统的随机共振是在带状的双势阱作用下产生的,还构建了反馈耦合控制原理框图.这为在双稳类系统中人为地产生随机共振或使共振效应更加强烈即随机共振的控制及其应用提供了可靠的理论依据.数值仿真结果与理论分析完全符合. 关键词： 耦合双稳系统 随机共振 控制     

Control of stochastic resonance in bistable system by using periodic signal

<正>According to the characteristic structure of double wells in bistable systems,this paper analyses stochastic fluctuations in the single potential well and probability transitions between the two potential wells and proposes a method of controlling stochastic resonance by using a periodic signal.Results of theoretical analysis and numerical simulation show that the phenomenon of stochastic resonance happens when the time scales of the periodic signal and the noise-induced probability transitions between the two potential wells achieve stochastic synchronization.By adding a bistable system with a controllable periodic signal,fluctuations in the single potential well can be effectively controlled,thus affecting the probability transitions between the two potential wells.In this way,an effective control can be achieved which allows one to either enhance or realize stochastic resonance.     

Delay induced transitions in an asymmetry bistable system and stochastic resonance

The delay Fokker-Planck equation is given for an asymmetry bistable system with correlated Gaussian white noises. The small delay approximation based on the probability density approach is used and the approximate stationary probability density function is obtained. The phenomenon of delay induced transitions is found. When a weak periodic signal is added, the phenomenon of stochastic resonance is investigated. Expression of the signal-to-noise ratio (SNR) is obtained by using the two-state theory. It is sh...     

Stochastic resonance in time-delayed bistable systems driven by weak periodic signal

We study theoretically a bistable system with time-delayed feedback driven by a weak periodic force. The effective potential function and the steady-state probability density are derived. The delay time and the strength of its feedback can change the shapes of the potential wells. In the adiabatic approximation, the signal-to-noise ratio (SNR) of the system with a weak periodic force is obtained. The time-delayed feedback modulates the magnitude of SNR by changing the shape of the potential and the effective strength of the signal. The maximum of SNR decreases with increasing the feedback intensity ?. When ? is negative (or positive), the time delay can suppress (or promote) the stochastic resonance phenomenon.     

双频信号作用下耦合双稳系统的双共振特性

两个单一双稳系统经非线性耦合而成为耦合系统,将其中一个双稳系统当作参数固定的被控系统,而另一个则作为参数可调的控制系统,通过调节耦合系数和控制系统的参数能产生随机共振.给控制系统外加单一频率信号,改变其频率大小能使控制系统产生共振.由于耦合的作用,控制系统的共振将影响被控系统的随机共振,从而在耦合系统中形式双共振现象,实现了用一个共振去影响另一个共振,并能使被控系统的随机共振更加强烈.经计算机仿真证实了它的有效性. 关键词： 耦合系统 双频信号 随机共振 双共振     

非高斯噪声驱动下一维双稳系统的逻辑操作

本文以成功率作为逻辑随机共振的测度, 主要研究了非高斯噪声激励下一维双稳系统的逻辑随机共振现象, 并用平均首次通过时间的方法对此现象的机理进行了解释. 研究结果表明: 只有在适当的噪声强度带或关联时间带上, 成功率才会达到共振峰值. 通过对系统参数进行优化, 提高了系统实现逻辑操作的可靠性. 关键词： 逻辑随机共振 一维双稳系统 非高斯噪声 平均首次通过时间     

双稳系统的频率耦合与随机共振机理

分析了处于双势阱中的粒子在单一频率信号和双频信号作用下的运动形式,给出在双频信号作用下双稳系统的响应幅值与激励幅值的近似解析关系,揭示了非线性系统所特有的不同频率之间的频率耦合现象和激励输入的频率能量向另一频率转移的渗透现象.从动力学机理和频谱分布的角度进行分析,深化了对双稳系统随机共振机理的认识.数值仿真结果证明了理论分析的有效性.     

线性调频信号激励过阻尼双稳系统的随机共振现象研究

线性调频信号是工程中常见的一种信号, 由于其为非周期信号, 无法以频域信噪比作为衡量其是否产生随机共振的测量手段, 故鲜有文献研究以线性调频信号为激励信号的随机共振现象. 本文利用线性调频信号在最优分数阶Fourier变换域上的能量聚集性, 首次提出以最优分数阶Fourier变换域上定义的信噪比作为测量手段, 研究了线性调频信号叠加高斯白噪声激励过阻尼双稳系统的随机共振现象, 且发现了以线性调频信号为激励信号时产生的新现象, 即随着信号频率的增大, 随机共振将逐渐减弱, 并给出了合理的解释.仿真的结果与理论分析一致, 验证了本文所提出方法的有效性. 关键词： 线性调频信号 分数阶Fourier变换 随机共振     

Correlated noise-based switches and stochastic resonance in a bistable genetic regulation system

The correlated noise-based switches and stochastic resonance are investigated in a bistable single gene switching system driven by an additive noise (environmental fluctuations), a multiplicative noise (fluctuations of the degradation rate). The correlation between the two noise sources originates from on the lysis-lysogeny pathway system of the λ phage. The steady state probability distribution is obtained by solving the time-independent Fokker-Planck equation, and the effects of noises are analyzed. The effects of noises on the switching time between the two stable states (mean first passage time) is investigated by the numerical simulation. The stochastic resonance phenomenon is analyzed by the power amplification factor. The results show that the multiplicative noise can induce the switching from “on” → “off” of the protein production, while the additive noise and the correlation between the noise sources can induce the inverse switching “off” → “on”. A nonmonotonic behaviour of the average switching time versus the multiplicative noise intensity, for different cross-correlation and additive noise intensities, is observed in the genetic system. There exist optimal values of the additive noise, multiplicative noise and cross-correlation intensities for which the weak signal can be optimal amplified.     

Effect of Asymmetry in a Bistable System Subject to Multiplicative Colored Noise

By the method of the stochastic energetics, we investigate the stochastic resonance (SR) phenomenon of an overdamped Brown particle in an asymmetric bistable potential, driven by external periodical signal and multiplicative noise. The expressions have been obtained for the quasi-steady-state probability distribution function. It is found that the input energy (IE) pumped into the system by the external driving shows an SR-like behavior as a function of the noise strength, whereas the IE turns to be a monotonic function of the correlation time of the noise. The effect of potential asymmetry is also studied on SR and IE.     

Entropic stochastic resonance in a confined asymmetrical bistable system with non-Gaussian noise

Particles moving in confined regions with bistable potential driven by weak signal and fluctuations may present a similar stochastic resonance (SR). This similar SR is called entropic stochastic resonance (ESR). The phenomenon of ESR in a confined asymmetrical bistable potential driven by a transverse periodic force is investigated when a non-Gaussian fluctuation is considered in the system. The left potential of the bistable system can be adjusted by introducing the asymmetrical ratio α. By the functional analysis and two-state theory, the approximate Signal-to-Noise ratio (SNR) is derived. It is found that there is a global maximum in the SNR curves when the asymmetrical ratio α and the noise intensity D are changed. It is also shown that the noise correlation time τ will suppress the ESR of the system and the departure q can obviously change the position of peak in the SNR. The above clues are helpful in achieving weak signal detection under irregular, small-scale systems.