[發明專利]級聯非對稱分段隨機共振系統中頻域信息交換的應用

在審

• 申請號: 202010547155.2
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111783023A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 張剛;江川;劉小漫;曾玉潔;劉秋玲;朱星宇;張天騏
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明請求保護一種屬于信號處理領域的級聯非對稱分段隨機共振系統中頻域信息交換的應用。該方法通過交換特征信號的頻域信息與小參數頻率處的信息,可實現低采樣頻率的大頻率參數信號的檢測。大大的提升了隨機共振系統的運用范圍。然后將其應用于能夠將噪聲能量轉換為信號能量從而提高信噪比的級聯非對稱分段線性隨機共振系統當中。

技術領域

本發明屬于微弱信號檢測等相關領域，具體為級聯非對稱分段隨機共振系統中頻域信息交換的應用。為了克服經典隨機共振中的小參數檢測條件的限制，學者們發現二次采樣、參數歸一化等方法都可克服這個限制。但通過研究發現其中某些方法有將高低頻的頻域信息交換的作用，相比其他方法更加優良。于是采用基于相移單邊帶調制的頻域信息交換技術將高頻信號轉為低頻信號，并與級聯非對稱分段線性隨機共振系統相結合。由于采用級聯非對稱分段線性隨機共振系統將能夠獲得比經典的隨機共振系統更高的信噪比。該方法讓級聯非對稱分段線性隨機共振系統克服了隨機共振中小參數檢測的限制條件。同時也能夠獲得了比經典隨機共振系統更好的性能。

背景技術

微弱信號檢測是一門綜合技術，涉及信息理論、非線性科學、信號處理等學科，且與具體的應用領域密切相關，如故障檢測、地震勘測、生物應用、金屬探測等等，是研究如何從強噪聲背景中把有用信號提取出來的一種技術。微弱信號不只意味著信號的幅度很小，而主要指的是被噪聲淹沒的信號，微弱是相對于噪聲而言的。而噪聲確是無處不在的，在所有的工程技術實際應用的過程中信號與噪聲都是共存的，要想從強噪聲背景中提取出微弱信號，最主要的任務是提高信噪比。

在實際工程信號檢測處理應用中,由于絕熱近似小參數條件的限制,使得隨機共振的大參數信號檢測成為困難,因此制約了其工程大參數信號(如頻率大于1Hz的信號)處理的進一步擴展應用。為了克服這一限制,人們提出了多種解決方法,如變尺度隨機共振(亦稱二次采樣隨機共振)、參數歸一化隨機共振、基于調制解調隨機共振和移頻變尺度隨機共振等。這些方法實質上是將大參數信號變換成滿足絕熱近似條件的小參數信號,從而實現大參數信號的隨機共振檢測,已在工程應用中取得了一定的效果。然而這些方法的使用又都存在各自的局限性,如變尺度隨機共振和參數歸一化隨機共振需要較高的采樣頻比(采樣頻率與待測信號頻率的比值)；基于調制解調隨機共振方法不僅需要較多的采樣點數,而且通過雙邊帶調制(double-side band modulation,DSB)獲取差頻信號時,特征信號與其附近頻率較低的信號會同時被調制到差頻處,產生信號的疊加,會影響檢測效果；移頻變尺度隨機共振將濾波、調制和變尺度結合在一起,實現大參數信號的檢測,該方法雖然能夠降低采樣頻率、減少采樣數據量,但所用移頻法仍基于雙邊帶調制理論,所以高頻端仍會產生信號的疊加現象。

針對目前大參數信號隨機共振檢測存在的問題,本文提出了基于頻域信息交換的大參數信號隨機共振檢測方法。該方法通過交換特征信號的頻域信息與小參數頻率處的信息,可實現低采樣頻率的大頻率參數信號的檢測,從而擴展了隨機共振的應用范圍。

發明內容

在實際的工程應用當中，適用范圍廣泛，且性能優良的系統是最受歡迎的。為了能夠擴展隨機共振系統應用范圍，克服目前大參數信號隨機共振檢測存在的問題,本文提出了基于頻域信息交換的大參數信號隨機共振檢測方法,該方法通過交換特征信號的頻域信息與小參數頻率處的信息,可實現低采樣頻率的大頻率參數信號的檢測,從而擴展了隨機共振的應用范圍,然后將其應用于級聯非對稱分段線性隨機共振系統當中，使其再獲得更高的信噪比，更有利于工程的實際應用。

附圖說明

圖1勢函數U(x)圖

圖2級聯非對稱分段線性系統圖；

圖3非對稱分段線性隨機共振系統響應幅度x隨噪聲強度D的變化圖；

圖4第一，二級級聯非對稱分段線性隨機共振系統信噪比增隨輸入噪聲強度的變化規律圖；

圖5頻域信息交換結合級聯隨機共振流程圖；