基于量子粒子群算法的自适应随机共振方法研究

为提升随机共振理论在微弱信号检测领域中的实用性,以随机共振系统参数为研究对象,提出了基于量子粒子群算法的自适应随机共振方法.首先将自适应随机共振问题转化为多参数并行寻优问题,然后分别在Langevin系统和Duffing振子系统下进行仿真实验.在Langevin系统中,将量子粒子群算法和描点法进行了寻优结果对比;在Duffing振子系统中,Duffing振子系统的寻优结果则直接与Langevin系统的寻优结果进行了对比.实验结果表明:在寻优结果和寻优效率上,基于量子粒子群算法的自适应随机共振方法要明显高于描点法;在相同条件下,Duffing振子系统的寻优结果要优于Langevin系统的寻优结果;在两种系统下,输入信号信噪比越低就越能体现出量子粒子群算法的优越性.最后还对随机共振系统参数的寻优结果进行了规律性总结.     

滤波器与随机共振结合检测微弱信号

基于双稳随机共振系统及滤波器的不同特性,本文提出了一种将两者结合起来检测微弱周期信号的方法,先用自适应前置滤波器对输入的弱周期信号及噪声进行滤波,再使其通过双稳随机共振系统,进而检测出弱信号。对比只有双稳随机共振的系统,仿真结果表明此时的输出信号中待测信号频谱幅度得到了很大的提高,且周围的干扰信号也得到了明显的削弱,即两者的结合使用可以更好的检测出微弱信号,这对强噪声背景下的信号检测有很强的实用性。     

基于混沌和随机共振的微弱信号检测

推导了分数阶线性振子系统响应的一阶稳态矩的频率不变性和相移特性, 并通过理论分析得出, 在随机共振机制下, 分数阶线性振子对系统响应一阶稳态矩的幅值具有放大作用. 构造Duffing混沌振子检测器, 利用混沌系统对参数摄动的敏感性以及对噪声的免疫能力实现弱信号检测. 数值模拟证实, 该方法可以有效地从噪声背景中将微弱正弦信号检测出来, 并且相对传统的混沌检测方法能显著降低信噪比检测门限.     

基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法

太赫兹雷达系统在差频信号频谱分析过程中,干扰噪声影响其测距能力.针对上述问题,提出基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法,通过对含噪差频信号进行二次采样,利用自适应随机共振系统提取信号,进行尺度恢复完成测距计算.实验数据显示,不同测量距离时,相较于快速傅里叶变换法,输出信噪比的平均增益为9.684 d B,其中测量距离为1000 mm处,差频信号初始频谱值提高了64.1倍,系统信噪比增益为11.761 d B;相较于滤波法,在测量距离为1000 mm处信噪比增益最大,提高了70.56%;输入噪声强度为1—5 V之间时,输出信噪比曲线的曲率相对于滤波法降低了86.5%,其中噪声强度为5 V时信噪比增益最大,为14.018 d B.实验表明太赫兹雷达系统的测距能力大幅提高.     

α稳定噪声环境下多频微弱信号检测的参数诱导随机共振现象

本文将α稳定噪声与双稳随机共振系统相结合, 研究了不同α稳定噪声环境下高低频(均为多频)微弱信号检测的参数诱导随机共振现象, 探究了α稳定噪声的特征指数α(0 < α ≤ 2)和对称参数β (-1≤ β ≤ 1)及随机共振系统参数a, b对共振输出效应的作用规律. 研究结果表明, 在不同分布的α稳定噪声环境下, 通过调节系统参数a和b均可诱导随机共振来实现多个高、低频微弱信号的检测, 且存在多个a, b参数区间均可诱导随机共振, 这些区间不随α或β的变化而变化; 在高、低频微弱信号检测中, α或β对随机共振输出效应的作用规律相同. 本研究结果将有助于α稳定噪声环境下参数诱导随机共振现象中系统参数的合理选取, 进而可为实现基于随机共振的多频微弱信号检测方法的工程应用奠定基础. 关键词： 随机共振 α稳定噪声')" href="#">α稳定噪声 多频微弱信号检测 平均信噪比增益     

随机共振动力学机理及其微弱信号检测方法的研究

目前已有的随机共振理论对于随机共振系统的非线性动力学行为及其发生机理阐释得不够具体和明晰,本文从分析一阶非线性Duffing方程的动力学特性入手,推导得到非自治Duffing方程的吸引子曲线,基于该曲线和输入信号之间的映射关系分析了系统输出的动力学行为,并由此进一步定性分析了随机共振现象发生的动力学机理;研究表明:作用于系统的内禀信号能推动系统动点沿吸引子曲线移动,它对系统的输出起内在的和本质的作用,而噪声在一定条件下能够诱发系统产生跃迁行为;文章最后利用该动力学机理对已有的调参数和调阻尼等基于随机共振的微弱信号检测方法作了统一和延拓.     

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.     

利用随机共振在强噪声下提取信息信号

已有利用随机共振在强噪声下提取单一频率信号的若干报道，但单一频率信号所携带的信息量为零.本实验研究表明：在调幅波和白噪声的协同作用下，非线性双稳系统的输出不仅可以呈现随机共振现象，而且经检波、滤波后能提取出调制信号(信息信号)；与直接经电子学系统检波、线性滤波后所提取的调制信号相比，前者所获调制信号的信噪比更高.给出了绝热近似条件下，调制信号信噪比的解析表达式. 关键词： 随机共振 信噪比 调制信号 噪声     

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.     

阵列调制随机共振在微弱信号特征提取方面的应用

论述了阵列调制随机共振方法在强噪声背景下多频微弱信号特征提取中的工作原理和实现步骤;采用预先设定系统参数的多个并联非耦合随机共振单元形成阵列,将被测强噪声背景下的多频微弱信号分别与不同频率的载波进行调制,生成多个差频均为0.01Hz的信号作为各对应随机共振单元的激励信号,采用龙格-库塔算法求取各单元输出并进行频谱分析,根据0.01Hz处的信噪比判断在微弱信号中是否存在载波频率与差频值之和大小的频率分量,最后综合各个随机共振单元的检测结果生成微弱信号的频率特征向量;仿真结果表明,阵列调制随机共振在微弱信号特征提取方面效果明显,具有很好的应用前景。     

信号调制下分段噪声驱动的线性系统的随机共振

研究了由乘性和加性噪声的线性组合作为调制噪声的线性系统的随机共振.运用平均法,得到了一、二阶矩和信噪比的精确表达式. 通过分析信噪比,在此系统中发现了真实的随机共振、传统的随机共振和广义随机共振.发现在真实的随机共振中,适当地调整参数,共振和抑制会同时出现.此外,还发现对不同的互关联强度,分别选用乘性和加性噪声作为调制噪声能够提高信噪比. 关键词： 随机共振 信噪比 调制噪声 分段噪声     

基于振动共振的随机共振控制

分析了非线性双稳系统在高、低两种不同频率信号作用下的动力学特性，给出了高频信号参数与双稳系统输出信号的信噪比和功率谱放大率关系的解析表达式，提出了基于振动共振的随机共振控制方法.理论分析和数值仿真结果表明，通过调节高频信号的幅值或频率大小，能有效地控制双稳系统输出信号的信噪比和功率谱放大率.     

输入信号和噪声对单模激光随机共振的影响

采用色抽运噪声和实虚部间关联的量子噪声驱动的单模激光损失模型,运用线性化近似方法计算了周期性信号加性输入时激光系统的输出光强信噪比,发现用信噪比与量子噪声实虚部间关联系数的关系曲线描述的随机共振现象.在抽运噪声自关联为短时关联情况下,当信号振幅增大和频率增快、抽运噪声色关联时间增大时,系统的随机共振加强;而噪声强度的增加会削弱系统的随机共振.在抽运噪声自关联为长时关联情况下,当信号振幅增大和量子噪声强度减弱时,系统的随机共振加强;而信号频率、抽运噪声强度、抽运噪声色关联时间的变化对系统随机共振的影响很小.     

周期力调制噪声驱动下单模激光系统的多重随机共振

在周期力调制噪声驱动下单模激光系统的光强方程中加入调幅波, 用线性化近似方法计算了系统的光强关联函数和输出信噪比, 并对信噪比进行数值计算和分析, 发现低频调制频率Ω、高频载波频率ω和周期力频率Ω_λ对系统的输出信噪比有很大的影响. 具体表现为信噪比R 随低频调制频率Ω 的变化过程中出现了多重随机共振和极强的单峰共振, 当Ω << ω 时, 系统出现的是多峰共振, 且随着Ω_λ 增加, 共振峰间的距离增大, 峰值位置不变; 当Ω → ω 时, 输出信噪比R迅速增大, 而Ω_λ 的影响被削弱甚至可以忽略, 多峰共振消失; 当Ω = ω 时, 系统出现了极强的单峰共振. 此外, 信噪比随周期力频率的变化呈现振幅减小的多重随机共振, 而随载流频率的变化出现单峰随机共振.     

具有周期信号调制噪声的线性模型的随机共振

研究了具有周期信号调制噪声的过阻尼线性系统的随机共振现象.当采用非对称的分段噪声 时，可以得到系统响应的一、二阶矩和信噪比的精确表达式.通过对信噪比的分析, 发现了 “真实的"随机共振和传统的随机共振现象，讨论了乘性噪声的非对称性、自相关时间和噪 声之间的相关强度对信噪比的影响. 关键词： 随机共振 信噪比 周期信号调制噪声 线性模型     

信号调制色泵噪声和实虚部间关联量子噪声驱动下单模激光的随机共振现象

计算了受信号调制的色泵噪声和实虚部间关联的量子噪声驱动的单模激光损失模型的输出光强信噪比.发现信噪比R随泵噪声自关联时间τ、调制信号频率Ω和量子噪声实虚部间关联系数λq的变化均存在随机共振,这种现象扩展了“信噪比R对噪声强度的变化曲线具有极大值”的典型随机共振. 若以Ω为参数,当Ω增加时,Ｒ随τ的关系曲线经历了从同时出现共振和抑制到单峰共振,最后到单调上升的变化,呈现多种形式的随机共振．若以τ为参数,当τ增加时,Ｒ随Ω的关系曲线经历了从单调上升到同时出现共振和抑制,最后又到单调下降的变化过程．Ｒ随λq的关 关键词： 噪声 信噪比 随机共振     

单模激光系统随机共振的模拟研究

用数值模拟方法对具有调制信号的单模激光系统进行了研究, 分析了在阈值附近和远离阈值两种工作方式下的输出信噪比、输出信号功率、 背景噪声功率,并与线性化近似结果进行了对比. 研究发现,激光在阈值附近工作时,输出信噪比会随着量子 噪声的增大出现随机共振现象,这一现象不要求泵噪声与量子噪 声存在关联,但噪声之间的关联会进一步增大信噪比;在远离阈值时, 只有噪声间存在关联时才会发生随机共振现象.研究还发现噪声也 会影响输出信号的功率.     

基于随机共振的2PSK信号相干接收误码率的研究*

针对在信道环境恶劣的情况下,数字信号接收端的误码率较高的问题,提出一种基于自适应参数调节双稳随机共振系统降低误码率的新方法,得到了输入信噪比小于0db、相干解调接收二进制相移键控信号(binary phase shift keying,简记为2PSK)条件下,系统误码率与输入信噪比的仿真曲线。研究表明：通过非线性双稳系统的2PSK在输入信噪比达到-7.4db时较传统线性解调系统误码率可降低20.1%,这正是对2PSK信号在信道环境恶劣情况下传输的一个补充,对数字带通信号传输具有一定的参考价值。     

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.