[發(fā)明專利]一種基于欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振的微弱信號檢測方法

在審

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• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN115204210A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉江令;杜魯春;李豪;葛茂茂
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F7/50;G06F7/523;H03F3/68;G01H13/00;G01H17/00;G01M7/02
• 代理公司: 昆明合盛知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 53210
• 代理人: 王丹丹

本發(fā)明公開了一種基于欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振的微弱信號檢測方法，與傳統(tǒng)雙穩(wěn)系統(tǒng)隨機共振方法相比，使用高頻周期信號代替噪聲，因此更加容易實現(xiàn)、且效率更高、波形更加規(guī)律與光滑，因而有利于后續(xù)的微弱信號檢測與提取；另外本發(fā)明提供了一種欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振系統(tǒng)電路結構模型，其中具有兩個雙穩(wěn)勢阱可調(diào)參數(shù)和一個可調(diào)阻尼系數(shù)參數(shù)，而傳統(tǒng)的隨機共振采用的雙穩(wěn)勢阱只有兩個參數(shù)；雙穩(wěn)態(tài)欠阻尼振動共振模型通過改變系統(tǒng)參數(shù)和阻尼系數(shù)，使得雙穩(wěn)勢阱的勢阱深度與寬度更加容易調(diào)節(jié)，進而使得輸入信號與非線性系統(tǒng)勢阱之間能夠更好的匹配，具有更高的微弱信號檢測能力。

技術領域

本發(fā)明屬于微弱信號檢測技術領域，具體涉及一種基于欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振的微弱信號檢測方法。

背景技術

隨機共振與振動共振是現(xiàn)代統(tǒng)計物理與非線性動力學的交叉研究方向，其中隨機共振通過噪聲、微弱信號與非線性系統(tǒng)的協(xié)同作用實現(xiàn)微弱信號的放大與提取，振動共振則是通過引入高頻信號改變非線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)點，進而使得高頻信號、微弱信號與非線性系統(tǒng)的協(xié)同作用，即振動共振同樣可實現(xiàn)微弱信號的放大與提取，隨機共振與振動共振利用非線性系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換機制將非微弱信號能量轉(zhuǎn)化為微弱信號能量的特殊性質(zhì)可用于微弱信號的檢測與提取，所涉及的檢測原理與傳統(tǒng)微弱信號檢測原理完全不同，是當前微弱信號檢測研究的熱點之一。

基于隨機共振原理的微弱信號檢測方法,其主要工作原理為在一定條件下將噪聲的能量轉(zhuǎn)化為微弱信號的能量，進而實現(xiàn)微弱信號的檢測與提取。需要指出的是，由于噪聲的隨機性，微弱信號檢測過程中需要進行統(tǒng)計平均，換而言之，此方法效率與單次檢測成功率都不高。此外，隨機共振對噪聲的強度以及頻帶都具有較高的要求，同時與周期信號相比，噪聲更難產(chǎn)生與控制，而振動共振由于使用高頻周期信號替代噪聲則可以很好的控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)，獲得更大的響應幅值，進而實現(xiàn)更好的微弱信號檢測與提取效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振的微弱信號檢測方法，解決了由于使用噪聲作為激勵信號導致的系統(tǒng)不穩(wěn)定的技術問題，達到了系統(tǒng)輸出噪聲更小，波形更加規(guī)律與平滑，此外，不需要進行統(tǒng)計平均，微弱信號的檢測效率更高的技術效果；

為了達到上述技術目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種基于欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振的微弱信號檢測方法，包括以下步驟：

S1：構建欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振物理模型；

S2：設計欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振模型對應的模擬電子電路原理圖，產(chǎn)生高頻周期信號、微弱信號和雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，選定合適的模型參數(shù)；

S3：搭建物理模型對應的模擬電子電路，將高頻周期信號與微弱周期信號輸入欠阻尼振動共振模型對應的模擬電子電路系統(tǒng)中，采用響應幅值作為指標對欠阻尼振動共振模型進行適當調(diào)整，其中響應幅值體現(xiàn)系統(tǒng)輸出的微弱信號較輸入系統(tǒng)微弱信號的強度變化；

S4：采用最優(yōu)的欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振模型對后續(xù)的微弱信號進行處理，檢測并提取微弱信號；

優(yōu)選的，所述S1中所述的欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振模型可用以下方程進行描述：

式中，γ為無量綱的阻尼系數(shù)；Bsin(Ωt)為高頻周期信號；Asin(ωt)為微弱信號；為雙穩(wěn)態(tài)勢阱的一階導數(shù)，V(x)的表達式為

式中，a，b是雙穩(wěn)態(tài)勢阱參數(shù)，通過調(diào)整a，b的值，可獲得不同勢阱深度和寬度的雙穩(wěn)系統(tǒng)勢阱；

優(yōu)選的，所述S2中涉及欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振的模擬電子電路原理圖設計主要使用到的有積分器、反相放大器、模擬乘法器，根據(jù)欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振模型對應的方程設計原理圖；

欠阻尼雙穩(wěn)系統(tǒng)振動共振模型對應的模擬電子電路實驗方程為：