二次采样随机共振频谱研究与应用初探

研究了双稳系统随机共振频谱的洛伦兹分布特征，得出在谱分布能量较集中的低频区才能产生可辨识的随机共振谱峰. 探讨了大参数信号双稳系统的二次采样随机共振的频谱特性. 以强噪声中弱信号的检测为实例，阐述了二次采样随机共振技术的具体应用. 关键词： 随机共振 二次采样随机共振 双稳系统 频谱     

大参数周期信号随机共振解析

通过调节双稳系统参数实现大参数频率范围内周期信号的随机共振, 在工程上具有重要意义. 推导了双稳系统参数的归一化变换, 利用归一化变换原理对大参数周期信号的随机共振进行了数值仿真, 阐明该原理适用于任意频率周期信号. 对大参数随机共振用电路模拟进行了实验验证, 揭示了通过调节双稳系统参数可以实现大参数频率范围内的随机共振. 分析了二次采样实现大参数周期信号随机共振的机理, 通过数值仿真与参数归一化变换方法进行了比较. 仿真结果表明, 在输入信号幅度变化的情况下, 二次采样方法易出现发散现象, 而归一化变换具有更好的稳定性与适应性.     

基于随机共振进行弱信号探测的实验研究

非线性随机共振系统可利用噪声增强微弱信号检测的能力,为强噪声背景下微弱信号的检测开创了新方法.基于随机共振的基本原理设计了硬件电路系统,并将其应用于检测单频和多频微弱信号;通过输入模拟工程实际的带噪信号,采样所得的输出信号的频谱分析结果表明,利用随机共振技术可从强噪声背景下有效地提取出单频和多频弱信号.多频弱信号的有效提取拓展了基于随机共振原理的弱信号检测技术的应用领域,结合数字滤波处理技术有效地消除了低频噪声对信号识别的影响.基于随机共振的弱信号检测技术在信息识别与信息处理方面具有巨大的潜在的应用价值.     

基于Kramers逃逸速率的调参随机共振机理

根据Kramers逃逸速率的特性,阐明了随机共振信号的频率被限制在Kramers逃逸速率极限值一半的范围内,这种限制是制约大频率信号产生随机共振的原因.在进一步揭示二次采样随机共振频率尺度变换机理的基础上,证明了二次采样频率尺度可以把任意信号频率映射变换到随机共振频率尺度上的结论.相对于二次采样变换方法,由于双稳系统参数的调节很难使Kramers逃逸速率的一半达到实际信号的大频率,因此系统参数只能在随机共振的小参数频率范围内调节来实现随机共振. 关键词： 双稳随机共振 二次采样频率变换 系统参数调节 Kramers逃逸速率     

基于频域信息交换的随机共振研究

针对经典随机共振检测大参数信号的困难,提出了基于频域信息交换的随机共振方法,并根据相移的单边带信号调制理论阐述了频域信息交换的随机共振机理.为了克服变尺度随机共振采样频比的制约,给出了基于变尺度频域信息交换的随机共振信号检测方法.数值模拟和信号检测性能分析表明,基于变尺度频域信息交换的随机共振方法具有更有效的采样频比,更便于工程实际的应用.     

调制与解调用于随机共振的微弱周期信号检测

提出了调制随机共振方法，实现了在大参数条件下从强噪声中检测微弱周期信号.将混于噪声中的较高频率的弱信号经调制变为一差频的低频信号作用于随机共振体系，该低频信号满足绝热近似理论，因而能产生随机共振；再经解调可获得埋于噪声中的原较高频率的弱信号.对埋于噪声中的未知频率，可采用连续改变调制振荡器的频率，以获得一个适当的差频信号输入到随机共振体系，根据输出信号共振谱峰的变化经解调而得待检弱信号的未知频率.该方法应具有较高的应用前景. 关键词： 调制与解调 非线性双稳系统 随机共振 微弱信号检测     

基于近似熵测度的自适应随机共振研究

变步长随机共振算法有效解决了绝热近似大参数条件下的弱信号检测问题.基于信号近似熵测度的自适应随机共振，实现了变步长随机共振最优输出的自适应求解.周期信号的近似熵不受其幅值和相位变化的影响，而只与其频率及信噪比有关.因此，按照原始数据的采样条件，构造待检测频率在预定信噪比下的标准信号，并以其近似熵为基准，通过自动调节非线性系统的结构参数和计算步长，求得系统输出的近似熵距离矩阵.该矩阵中的最小值所对应的即为自适应条件下非线性动力系统的最优参数.     

双稳调参高频共振机理

针对双稳系统的高频信号响应,探讨了双稳调参的高频共振机理.研究表明,二次采样频率变换并不改变双稳结构直接在原系统结构上在与高频映射对应的低频处实现共振,而双稳系统参数调节是调参改变双稳结构并直接在高频处实现共振.双稳系统参数调节之所以能够实现高频随机共振,是因为同时调节双稳系统两参数可使Kramers逃逸速率不存在极限值,突破了随机共振信号频率必须在小频率范围内的限制. 关键词： 双稳系统 高频共振 二次采样频率变换 系统参数调节     

二维Duffing振子的大参数随机共振及微弱信号检测研究

研究了二维Duffing振子在绝热近似条件下的随机共振特性,针对大参数条件,提出二维Duffing振子的大参数随机共振,并探讨二维Duffing振子变尺度随机共振和参数调节随机共振的关联性,揭示大参数条件下Duffing振子随机共振检测特征信号的机理,扩展其在微弱信号检测领域中的应用.     

分数阶双稳系统中的非周期振动共振

在受二进制非周期信号和周期方波信号激励的分数阶双稳系统中,研究了非周期振动共振问题,用于微弱非周期信号的检测和增强.当非周期信号脉宽较大时,系统为小参数,通过调节周期方波信号的幅值,能够实现非周期振动共振.当非周期信号脉宽较小时,分别通过变尺度法和二次采样法实现了非周期振动共振.使用变尺度法,得到的大参数等价系统能够匹配任意小的非周期信号脉宽,其中变尺度系数是该方法在使用过程中需要选择的关键参数.使用二次采样法,二次采样后得到的非周期信号具有较大的脉宽,能够匹配原先的小参数系统,其中二次采样频率比是该方法使用过程中的关键参数.这两种方法虽然实现非周期振动共振的物理过程不同,但能够达到相同的效果.系统阶数对振动共振产生影响,随着阶数的增大,发生最佳振动共振时所需要的辅助信号幅值变大,同时系统输出的最佳时间序列与输入非周期信号之间的相似性增强.     

混沌噪声背景下微弱脉冲信号的检测及恢复

构建了一种在混沌噪声背景下检测并恢复微弱脉冲信号的模型.首先,基于混沌信号的短期可预测性及其对微小扰动的敏感性,对观测信号进行相空间重构、建立局域线性自回归模型进行单步预测,得到预测误差,并利用假设检验方法从预测误差中检测观测信号中是否含有微弱脉冲信号.然后,对微弱脉冲信号建立单点跳跃模型,并融合局域线性自回归模型,构成双局域线性(DLL)模型,以极小化DLL模型的均方预测误差为目标进行优化,采用向后拟合算法估计模型的参数,并最终恢复出混沌噪声背景下的微弱脉冲信号.仿真实验结果表明本文所建的模型能够有效地检测并恢复出混沌噪声背景中的微弱脉冲信号.     

Electromagnetically induced grating in a four-level tripod-type atomic system

An electromagnetically induced grating in a four-level tripod-type atomic system is studied theoretically. By virtue of a weak standing-wave signal field, the phase modulation effectively diffracts a weak probe field into the first-order direction. By changing the weak signal field, the diffraction of the weak probe field can be modulated in real time, and a first-order diffraction efficiency of more than 32% can be obtained with proper parameters. Such a system has a potential application in an all-optical switch controlled by a weak optical signal.     

Controlling chaos by a modified straight-line stabilization method

By adjusting external control signal, rather than some available parameters of the system, we modify the straight-line stabilization method for stabilizing an unstable periodic orbit in a neighborhood of an unstable fixed point formulated by Ling Yang et al., and derive a more simple analytical expression of the external control signal adjustment. Our technique solves the problem that the unstable fixed point is independent of the system parameters, for which the original straight-line stabilization method is not suitable. The method is valid for controlling dissipative chaos, Hamiltonian chaos and hyperchaos, and may be most useful for the systems in which it may be difficult to find an accessible system parameter in some cases. The method is robust under the presence of weak external noise. Received 10 January 2001     

Technique for detecting a direct signal pulse from an underwater explosive source in a waveguide

A technique for detecting direct signal pulses based on steep rising edges of acoustic pressure is developed. The technique consists in calculating the mirror derivative of the received signal and normalizing it in a specific manner. This makes it possible to amplify weak direct signals and suppress strong reflected ones. A key feature of this technique is that it ensures a high probability of detection of direct signal pulses while keeping the number of false detections at a minimum.     

Frequency modulation of a laser by fluctuations in a chemical reaction

A variant of zero-angle light scattering is proposed with particular emphasis on the use of this technique for measuring chemical reaction rates. The system analyzed consists of a laser oscillator with a reacting sample placed inside the resonant cavity. Fluctuations about equilibrium of the chemical reaction frequency modulate the oscillator, and the power spectrum of the modulating signal is Lorentzian with width proportional to the reaction rate. The modulation signal is very weak, but should be detectable with modern techniques.     

Probabilistic characteristics of detection of short light pulses and single photons

One of the most important problems of detecting weak light pulses is the determination of the accurate signal transit time. In this case, photodetectors capable of detecting single photons are characterized by two main parameters: the photon detection efficiency and transit time spread. A unified technique for measuring these parameters is proposed. The technique is based on the probabilistic distribution of transit times, which allows separation of characteristics of single-photon processes as multiphoton light pulses are fed and under conditions of high dark noises, which seems important, in particular, when operating with solid-state photomultipliers.     

光学单池中受激布里渊散射的双光束共轴放大

介绍了一种在单池中实现受激布里渊散射双光束共轴放大的方法,能够在单一光学池中同时实现受激布里渊散射的产生和放大.相比于传统的双池放大技术,这种方法具有结构简单、信号损失小的优点.对于激光雷达等无法采用双池放大的实际应用领域,单池放大技术更是一种必要的方法. 关键词： 受激布里渊散射 放大 光学单池     

色噪声背景下微弱正弦信号的混沌检测

提出一种利用混沌在特定状态下对参数的敏感性来实现微弱正弦信号检测的新方案-该方案可以有效地将深陷在色噪声背景中的微弱正弦信号检测出来-给出了混沌检测的方法,分析了混沌检测中噪声对系统状态的影响-仿真实验表明该混沌检测系统对小信号非常敏感，对任何零均值色噪声均具有极强的抑制能力- 关键词： 微弱正弦信号 混沌检测 色噪声 信噪比     

一种应用于心磁噪声抑制的选择性平均方法研究

在心磁信号探测中, 抑制环境噪声是提取心磁信号的关键. 为了提高心磁信号的信噪比, 信号平均得到了广泛地使用. 然而, 由于局部干扰噪声的存在, 对整段数据进行平均的传统方法不可避免地会带来心磁信号的失真. 本文通过采取模版匹配的方式, 提出了一种选择性平均方法. 结果显示, 本方法能有效剔除带有低频波动、脉冲毛刺等干扰的数据段, 获取高质量的平均心磁信号. 关键词： 心磁 信号平均 噪声抑制 信噪比