基于参数调节随机共振的弱信号提取方法研究

摘要

随机共振作为一种非线性信号处理方式，因为其独特的切入点，常作为弱信号提取手段。本文从双稳态随机共振理论研究开始，逐步对随机共振理论作用方式，系统调节方式，对不同形式信号的适应能力进行详尽讨论，并给出一个能够在实际工程中使用的基于遗传优化的参数调节随机共振系统实现方案。
　　双稳态随机共振系统具有明显地反直观特点:系统输出的信噪比随噪声增加先增加后降低。通过对势函数的研究，阐述了势函数和系统输出分布形式的内在联系。通过与窄带信号处理方法Notch滤波器对比，体现出随机共振的优秀提取能力。随机共振要求信号频率极低，本文给出在大频率参数情况下的系统调整方法以及级联随机共振系统的实现。
　　通过对噪声调谐方法和外加信号调节方法的分析，本文给出具有更强调节能力的参数调节随机共振系统。通过理论分析以及仿真对比，量化了系统参数对稳态信噪比以及响应速度的影响规律。为实现系统参数自调节，盲寻优，本文提出了基于遗传优化的参数调节随机共振算法，提升系统在实际应用中的调参速度。
　　在对不同形式信号的处理中，本文采用提升采样率实现对线性调频信号的提取;采用改变系统形式到单稳态，实现对冲击信号的提取;采用随机共振恢复系统，实现了对多数形式信号的提取，扩展了随机共振的应用领域。最终，给出了在实际应用时系统实现流程以及实际数据的处理效果。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景和问题的提出

1．2弱信号处理方法以及应用研究综述

1．3随机共振发展历程、分类和研究现状

1．4论文的主要工作和结构安排

1．5本章小结

第2章随机共振理论、特点以及变换

2．1随机共振系统理论、模型以及解算方法

2．1．1非线性朗之万方程(LE)与双稳态系统

2．1．2绝热近似理论

2．1．3 Runge-Kutta算法以及双稳态系统的数值计算

2．2随机共振的测度指标以及与经典处理方法的性能比较

2．2．1衡量随机共振输出的测度指标

2．2．2最优单频信号提取方法notch滤波器

2．2．3随机共振与notch滤波器的性能对比

2．3随机共振在大参数问题下的合理转换以及系统的级联处理

2．3．1双稳态系统归一化尺度变换

2．3．2级联随机共振的实现以及级联的作用探究

2．4本章小结

第3章参数调节随机共振系统的自适应参数优化

3．1参数调节随机共振系统

3．1．1噪声调谐和外加信号的随机共振

3．1．2参数调节随机共振系统优势分析

3．2参数调节随机共振系统各参数对系统影响分析

3．2．1稳态信噪比和系统响应速度的计算推导

3．2．2系统参数对稳态信噪比以及响应速度的影响理论分析

3．2．3参数调节随机共振的参数影响仿真

3．3基于遗传算法的参数调节随机共振系统

3．3．1遗传算法基础理论以及流程

3．3．2遗传算法和随机共振系统结合的关键以及仿真

3．4本章小结

第4章针对多种形式信号的随机共振提取

4．1基于随机共振的其他振动类型信号提取

4．1．1随机共振对线性调频信号提取性能分析

4．2基于单稳态随机共振的弱冲击信号提取

4．2．1单稳态随机共振系统理论及其数值解法

4．2．2衡量冲击信号的测度指标

4．2．3遗传优化随机共振的弱冲击信号提取

4．3随机共振恢复系统

4．3．1随机共振输出恢复方法

4．3．2随机共振恢复系统的实现和性能分析

4．4基于随机共振的水声弱信号提取工程实现

4．4．1基于随机共振的弱信号工程实现方法流程

4．4．2外场实验中系统性能表现

4．5本章小结

结论和展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢