[發明專利]levy噪聲下改進勢函數隨機共振微弱信號檢測方法

在審

• 申請號: 201811243844.3
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109409284A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 賀利芳;周林;謝攀;唐鑫雨;劉金峰;楊玉蕾
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01H13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本專利發明一種levy噪聲下改進勢函數隨機共振微弱信號檢測方法，屬于信號處理技術領域。針對現有的levy噪聲背景下的微弱信號檢測系統，提出一個改進勢函數，該勢函數有兩個可獨立調節的參數，可更加靈活的改變形狀以適應不同的輸入信號。使用四階龍格庫塔法進行求解，以輸出信噪比為衡量指標，利用自適應尋優算法進行尋優，然后進行隨機共振實現對高低頻微弱信號的檢測。針對高頻信號，在使用二次采樣技術讓其符合條件之前，使用了Hilbert變換求取包絡信號，再通過高通濾波器對一部分低頻干擾信息進行濾波，實現更好的檢測效果。本發明提出的levy噪聲下改進勢函數的隨機共振微弱信號檢測方法，對工程應用中弱信號的檢測具有重要意義。

技術領域

本發明屬于微弱信號檢測等相關領域，具體是在Levy噪聲背景下提出了一個改進勢函數隨機共振微弱信號檢測方法。

背景技術

微弱信號檢測技術涉及到了眾多的領域，例如物理學、化學、電化學、生物醫學、天文學、地學等，具有廣泛的應用。其研究的對象微弱信號是指用常規和傳統方法檢測不到的、被噪聲埋沒的信號，是相對于噪聲而言的微弱信號。而傳統的微弱信號檢測技術，如相關檢測技術則是以抑制噪聲為目的去實現檢測效果，在檢測的過程中不可避免的也削弱了有用信號的能量，得不償失。

隨機共振作為一種新型的微弱信號檢測技術，利用待檢測信號、背景噪聲、系統三者達到協同效應，以達到增強有用信號的效果。在隨機共振中一部分噪聲能量轉化為了信號能量，更加充分的利用了系統能量。但經典的隨機共振微弱信號檢測技術也存在一定的局限性，比如：受絕熱近似理論與線性響應理論的限制，傳統意義上的隨機共振只適用于小參數條件(驅動頻率遠小于1，且信號幅值遠小于1)。但實際應用大都不是小參數信號，因此利用了二次采樣、歸一化、尺度變化、移頻等技術進行處理；經典的隨機共振是采用的高斯白噪聲模擬的實際環境的背景噪聲。然而這種噪聲功率譜密度分配均勻，二階矩相關，是一種較為理想的噪聲，不能有效的模擬復雜多變的實際工程噪聲。

Levy噪聲是一種非高斯噪聲，更加接近工業環境中的噪聲特性。又稱α噪聲，它的產生保持了自然噪聲的特性與傳播機制，其非高斯分布的特性與工程應用中觀測到的數據有很好的吻合。

發明內容

本發明的目的在于針對待檢測信號為微弱信號、背景噪聲為Levy噪聲時，在現有的周期勢函數隨機共振基礎上，進一步改進了勢函數形狀，提出了一個改進的周期勢函數隨機共振(Improved Potential Function Stochastic Resonance,IPSR)系統。使系統更好的克服輸出飽和性，達到更好的檢測效果。

本發明所采用的技術方案是：在Levy噪聲為背景噪聲條件下利用提出的IPSR系統實現對微弱信號的檢測。針對符合微弱條件的小頻率待檢測信號，直接利用自適應算法對參數尋優，得到最優參數，然后進行隨機共振進行檢測。針對更加切合實際應用的大頻率待檢測信號，為了讓其滿足絕熱近似條件，實現利用隨機共振檢測的目的。首先對大信號進行預處理：經過Hilbert變換求取其包絡信號，接著通過高通濾波器對一部分低頻干擾信息進行濾波，進一步減少干擾信號，再使用二次采樣技術讓信號滿足絕熱近似理論與線性響應理論；接著利用自適應尋優算法，以系統輸出信噪比為衡量指標，對系統參數進行尋優，找到較優的系統參數；最后利用上一步尋優得到參數，發生隨機共振，得到最后的檢測結果。

本發明重要意義在于針對經典隨機共振的輸出飽和性，提出了一種改進型勢函數隨機共振，可以更加靈活的改變形狀以適應不同的輸入信號，以達到更好的檢測效果。并利用自適應算法對參數進行尋優，優化了檢測效果。實現了Levy噪聲背景下的微弱信號檢測。綜上所述，本發明在實際應用中具有重大意義。

附圖說明

圖1本發明的改進勢函數模型圖；

圖2本發明的檢測小頻率信號的自適應尋優流程圖；

圖3本發明的檢測大頻率信號的自適應尋優流程圖；