[發明專利]一種基于隨機共振系統的變頻信號去噪方法

在審

• 申請號: 202110822703.2
• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113688502A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 張海濱;翟中平
• 申請（專利權）人: 智寰科技（常州）有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F111/08;G06F119/10;G06F119/14
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1.一種基于隨機共振系統的變頻信號去噪方法，其特征在于，步驟包括輸入含噪信號、估計信號變頻系數、優化隨機共振系統參數和輸出去噪信號；

其中，輸入含噪信號：以表示原始輸入信號，可以表示為：

其中為有效的變頻信號，代表噪聲；

優化隨機共振系統參數：在隨機共振系統中，受微弱周期力與噪聲驅動的雙穩態系統為一個質點同時受到外力和噪聲作用，質點在一個對稱的雙穩勢阱中運動，用朗之萬方程來描述其動力學模型：

其中表示勢阱函數對位置的一階導數；

估計信號變頻系數：采用傳統的多項式雙穩態系統時，勢阱函數表示為：

和為隨機共振系統參數，計算對稱勢阱位置和勢壘高度，當原始信號作為輸入作用于該勢阱時，如果勢阱參數與信號頻率、噪聲能量達到匹配關系，則能形成類似于共振的效果，粒子在兩個勢阱中發生周期躍遷，勢阱壁使得噪聲能量向信號發生轉移從而達到信號去噪和特征放大的目的。

2.根據權利要求1所述的一種基于隨機共振系統的變頻信號去噪方法，其特征在于，采用歸一化變換方法來使系統在大參數條件下實現隨機共振，當雙穩態系統中的參數和取值不為1時，取：

和為新的位置和時間維度，代入隨機共振的動力學模型并進行簡化得到：

變換后的隨機共振系統參數均為1，原有的時間尺度經過變換變成，對應的頻率尺度為原來的，從而通過參數的設計可以使得輸入信號滿足系統所需要的小參數輸入條件。

3.根據權利要求1所述的一種基于隨機共振系統的變頻信號去噪方法，其特征在于，估計信號變頻系數時，當輸入信號的信號頻率隨時間發生變化時，采用一種變參數隨機共振系統，利用信號時變系數迭代搜索，設計參數與輸入信號頻率保持相同的時變特征，經過歸一化計算后，變頻信號對于隨機共振系統來說實際上等效于具有穩定的頻率，在此前提下滿足隨機共振現象發生的輸入條件，此時的模型可以表示為：

歸一化變換后的信號等效頻率為，一方面滿足小參數條件，另一方面保持了在計算過程中輸入信號頻率的等價變換，對系統來說相當于頻率不再發生變換，同時保持了在模型變化過程中平衡位置不變，之后利用4階Runge-Kutta方法對模型方程進行離散化求解（為求解步長）：

。

4.根據權利要求3所述的一種基于隨機共振系統的變頻信號去噪方法，其特征在于，估計信號變頻系數時，若原始信號的變化參數、系統初始參數均未知，采用固定隨機共振系統參數獲取決定系數：

其中，和分別表示系統輸出信號及其平均值，指輸出信號的擬合結果。