二值噪声激励下欠阻尼周期势系统的随机共振

研究了二值噪声和周期信号共同激励下欠阻尼周期势系统的随机共振. 利用随机能量法计算了系统的平均输入能量和平均输出信号的振幅和相位差, 讨论了二值噪声对随机共振的影响. 发现随着噪声强度的增大, 平均输入能量曲线存在一个极小值和一个极大值, 系统出现先抑制后共振的现象; 同时, 系统信噪比曲线随噪声强度的增加出现单峰现象, 说明系统存在随机共振现象.     

Stochastic resonance in a monostable system driven by square-wave signal and dichotomous noise

<正>This paper investigates the stochastic resonance in a monostable system driven by square-wave signal,asymmetric dichotomous noise as well as by multiplicative and additive white noise.By the use of the properties of the dichotomous noise,it obtains the expressions of the signal-to-noise ratio under the adiabatic approximation condition.It finds that the signal-to-noise ratio is a non-monotonic function of the asymmetry of the dichotomous noise,and which varies non-monotonously with the intensity of the multiplicative and additive noise as well as the system parameters.Moreover, the signal-to-noise ratio depends on the correlation rate and intensity of the dichotomous noise.     

α稳定噪声环境下过阻尼系统中的参数诱导随机共振现象

本文采用随机模拟方法, 研究了过阻尼振子系统在α稳定噪声环境下的参数诱导随机共振现象. 结果表明, 在α噪声环境下, 调节系统参数能够诱导随机共振现象; 而且调节非线性项参数时, 随机共振效果随α稳定噪声的指数的减小而减弱, 但当调节线性项参数时, 随机共振效果则随着α稳定噪声的特征指数的减小而增强. 本文的结论在α稳定噪声环境下, 利用参数诱导随机共振原理进行弱信号检测方面具有重要的理论意义, 并有助于理解不同α稳定噪声对一般随机共振系统的共振效果的影响.     

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.     

基于随机共振原理的分段线性模型的理论分析与实验研究

提出了一种分段线性双稳态模型, 推导了模型的解析关系及其输出信噪比, 通过对该模型与连续双稳态模型的对比分析和仿真实验, 证明了该模型的优越性.该模型具有参数之间相互独立、易于调节的特点. 在对模型分析与数值仿真的基础上, 通过电路对强噪声背景下的微弱周期信号检测进行了实验研究. 结果表明分段线性随机共振模型能够有效实现对微弱周期信号的检测, 并能显著增强输出信噪比.     

Stochastic resonance of a damped oscillator with frequency fluctuation driven by a periodic external force

<正>Considering a damped linear oscillator model subjected to a white noise with an inherent angular frequency and a periodic external driving force,we derive the analytic expression of the first moment of output response,and study the stochastic resonance phenomenon in a system.The results show that the output response of this system behaves as a simple harmonic vibration,of which the frequency is the same as the external driving frequency,and the variations of amplitude with the driving frequency and the inherent frequency present a bona fide stochastic resonance.     

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     

一级近似下的单模激光增益模型随机共振

把周期信号输入单模激光,对激光增益模型中的乘法噪声项取一级近似通过计算相关函数得到功率谱,发现输出信号是洛伦兹型的.信噪比随抽运噪声强度和量子噪声强度的变化均出现随机共振,但共振峰对应的噪声强度比零级近似下的小.     

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.     

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.     

声学随机共振实验

在特定的非线性系统中,噪声的存在能够增强信号的响应, 这种现象为随机共振. 本文实验通过观察噪声对听觉阈限的影响,使学生了解声学中的随机共振现象.     

二维势场中弹性耦合粒子的定向输运研究

建立了二维势场中弹性耦合粒子的输运模型, 其中一维上加交流驱动及噪声, 另一维上不加驱动及噪声, 分析讨论了过阻尼情形下系统和外部参量对定向流的影响. 结果表明, 粒子可以通过相互耦合使一个方向上输入的驱动能量转化到垂直方向上, 从而使无能量输入的方向产生定向流. 适当的弹簧自由长度及耦合强度可以使定向流达到极值, 特别是当耦合强度及噪声强度固定时, 定向流会随弹簧自由长度的变化而振荡, 出现多峰现象. 研究还发现, 定向流随噪声强度的变化出现随机共振现象. 当产生定向流方向上的势的不对称度达到一定程度时会出现流反转现象. 关键词： 弹性耦合 定向输运 随机共振 流反转     

Stochastic resonance in the FitzHugh--Nagumo system driven by bounded noise

We investigate stochastic resonance (SR) in the FitzHugh--Nagumo system under combined bounded noise and weak harmonic excitation. Taking a spectral amplification factor as a signal-to-noise ratio, we show numerically that bounded noise can induce SR by adjusting either the intensity of bounded noise or its colour. Moreover, the increase of noise colour can enhance the SR and make the peak of the SR shift toward lower noise intensities, which is more feasible in practice. Since bounded noise is flexible to model random excitation, these findings may have some potential applications in engineering, neuroscience and biology.     

Two Stochastic Resonances Induced by Two Different Multiplicative Telegraphic Noises for an Electric System

In this paper, an electric system with two dichotomous resistors is investigated. It is shown that this system can display two stochastic resonances, which are the amplitude of the periodic response as the functions of the two dichotomous resistors strengthes respectively. In the limits of Gaussian white noise and shot white noise (i.e., the two noises are both Gaussian white noise or shot white noise), no phenomena of resonance appear. By further study, we find that when the system is with three or more multiplicative telegraphic noises, there are three or more stochastic resonances.     

小世界神经元网络随机共振现象:混合突触和部分时滞的影响

实际神经元网络中,信息传递时电突触和化学突触同时存在,并且有些神经元间的时滞很小可以忽略.本文构建了带有不同类型突触耦合的小世界网络,研究部分时滞、混合突触及噪声对随机共振的影响.结果表明:兴奋性和抑制性突触的比例影响共振的产生;在抑制性突触为主的网络里,几乎不产生随机共振.系统最佳噪声强度和化学突触比例大致呈线性递增关系;特别是在以化学耦合为主的混合突触网络里,仅当兴奋性突触与抑制性突触比例约为4:1时,噪声才可诱导网络产生共振行为.在此比例下,引入部分时滞发现时滞可诱导网络产生随机多共振,且随网络中时滞边比例的增加,系统响应强度达到最优水平的时滞取值区间逐渐变窄;同时发现,网络中含有的化学突触越多,部分时滞诱导产生的多共振行为越强.此外,当时滞为系统固有周期的整数倍时,时滞越大共振所对应的噪声区域越广;并且网络中时滞边越多,越容易促使噪声和时滞诱导其产生明显的共振行为.     

Stochastic Resonance in a Single-Mode Laser Driven by Quadratic Colored PumpNoise: Effects of Biased Amplitude Modulation Signal

A single-mode laser noise model driven by quadratic colored pump noise andbiased amplitude modulation signal is proposed. The analytic expression ofsignal-to-noise ratio is calculated by using a new linearized procedure. Itis found that there are three different typies of stochastic resonance inthe model: the conventional form of stochastic resonance, the stochasticresonance in the broad sense, and the bona fide SR.     

信号调制下色噪声间关联的周期调制对单模激光随机共振的影响

在色噪声间的关联程度受时间周期调制的激光系统中,研究噪声受信号调制情况下的随机共振.用线性化近似的方法计算了光强关联函数及信噪比.具体讨论信噪比随噪声强度、噪声自关联时间、信号频率以及时间周期调制频率的变化关系.发现一种新的随机共振：信噪比随时间周期调制频率的变化出现周期振荡型随机共振;发现广义随机共振：信噪比随抽运噪声自关联时间的变化、随信号频率的变化出现随机共振;同时也存在典型的信噪比随噪声强度的变化而出现的随机共振.而信噪比随量子噪声自关联时间的变化表现为抑制. 关键词： 信号调制 时间周期调制 噪声间关联程度 周期振荡型随机共振     

具有固有频率涨落的记忆阻尼线性系统的随机共振

研究了在内噪声、外噪声(固有频率涨落噪声)及周期激励信号共同作用下具有指数型记忆阻尼的广义Langevin方程的共振行为.首先将其转化为等价的三维马尔可夫线性系统,再利用Shapiro-Loginov公式和Laplace变换导出系统响应一阶矩和稳态响应振幅的解析表达式.研究发现,当系统参数满足Routh-Hurwitz稳定条件时,稳态响应振幅随周期激励信号频率、记忆阻尼及外噪声参数的变化存在"真正"随机共振、传统随机共振和广义随机共振,且随机共振随着系统记忆时间的增加而减弱.数值模拟计算结果表明系统响应功率谱与理论结果相符.     

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     

一类非线性神经网络系统的超阈值随机共振现象

超阈值随机共振可用来解释一些生物现象.本文对一类非线性多阈值神经网络模型的超阈值 随机共振现象进行了探讨. 首先推导出了系统输出互信息的表达式, 然后分析了系统参数及噪声对互信息量的影响.通过数值计算发现,在阈值系统的信息传递过程中, 根据乘性噪声和加性噪声对系统信息传递影响的不同, 对系统的阈值进行恰当选取是至关重要的. 此外, 还发现系统的阈值单元数目越多, 超阈值随机共振现象就越容易出现.