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

1、隨機(jī)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(dá)到減弱噪聲和檢測信號的目的。本論文基于分段隨機(jī)共振模型的信號處理系統(tǒng)開展核心硬件電路的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)及其應(yīng)用研究。
　　首先，本文闡述了隨機(jī)共振在國內(nèi)外的發(fā)展進(jìn)程以及各領(lǐng)域的研究近況；通過粒子的布朗運(yùn)動(dòng)引出了雙穩(wěn)隨機(jī)共振的朗之萬方程和福克—普朗克方程，解釋了隨機(jī)共振產(chǎn)生的機(jī)理。介紹了包括絕熱近似理論在內(nèi)的經(jīng)典隨機(jī)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(qiáng)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(jī)共振數(shù)學(xué)模型，在MATLAB上對該系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值仿真。依據(jù)該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)了隨機(jī)共振信號處理系統(tǒng)核心硬件電路，闡述了電路設(shè)計(jì)原理，分模塊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jìn)行了大量的信號檢測實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)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(jìn)行了噪聲背景下的信號提取實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了該信號檢測系統(tǒng)能夠?qū)?qiáng)噪聲背景下的微弱周期信號以及非周期二值信號進(jìn)行檢測和提取，為進(jìn)一步的工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。文中還就實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(shí)驗(yàn)兩方面闡述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對隨機(jī)

4、共振現(xiàn)象以及系統(tǒng)輸出的影響。實(shí)驗(yàn)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(gè)峰值。
　　最后，在分段混合信號檢測系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計(jì)實(shí)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(jī)共振模型的信號檢測系統(tǒng)進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)研究，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(qiáng)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(jī)共振的信號檢測系統(tǒng)對信