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基于随机共振的水下目标微弱回波信号增强检测
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作者 刘振 孙纯 +2 位作者 周胜增 杜选民 孙德龙 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2014-2024,共11页
针对低信噪比下主动声呐探测水下目标的微弱回波信号检测难题,本文提出了一种基于随机共振的微弱回波信号增强检测方法。该方法通过建立频移变尺度随机共振系统,与输入高频微弱回波信号、随机噪声相匹配,实现微弱回波信号的共振增强;进... 针对低信噪比下主动声呐探测水下目标的微弱回波信号检测难题,本文提出了一种基于随机共振的微弱回波信号增强检测方法。该方法通过建立频移变尺度随机共振系统,与输入高频微弱回波信号、随机噪声相匹配,实现微弱回波信号的共振增强;进而利用乘积谱与谱峭度构建目标回波亮点增强检测指标,有效提升微弱回波亮点的能量集中程度,抑制杂波及虚假成分干扰。仿真结果表明:在低信噪比下,随机共振系统输出信噪比增益可达5 dB以上,微弱目标回波亮点检测结果更加直观便捷,杂波干扰得到大幅抑制。海试数据处理结果进一步验证了所提方法的有效性和可靠性。 展开更多
关键词 主动声呐 微弱信号检测 随机共振 水下目标探测 杂波抑制 非线性双稳态系统 多普勒频移 低信噪比
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双稳随机共振的信号恢复研究 被引量:13
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作者 张莹 王太勇 +2 位作者 冷永刚 邓辉 丁千 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期528-534,共7页
针对双稳随机共振输出波形失真的问题,从还原粒子运动轨迹的角度提出了波形恢复公式.通过将其应用于双稳系统对无噪阈上信号的响应输出,揭示了由粒子跃迁经过系统拐点引起的轨迹突变,及其在恢复波形的表现形式.鉴于阈下随机共振系统中... 针对双稳随机共振输出波形失真的问题,从还原粒子运动轨迹的角度提出了波形恢复公式.通过将其应用于双稳系统对无噪阈上信号的响应输出,揭示了由粒子跃迁经过系统拐点引起的轨迹突变,及其在恢复波形的表现形式.鉴于阈下随机共振系统中噪声的随机影响,引入级联双稳系统对残余噪声进行二次调节,同时采用参数调节的恢复系统对波形进行恢复.数值仿真表明,该法直接应用于系统输出,适合处理有限长的时间数据,可以有效地估计噪声背景下微弱信号的时域波形. 展开更多
关键词 双稳随机共振 信号恢复 噪声 级联 参数调节
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基于双稳类随机共振的信息检测 被引量:17
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作者 冷永刚 王太勇 +2 位作者 郭焱 范胜波 王永强 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第5期734-739,共6页
研究了小参数随机共振(SR)的响应幅值与信号频率和噪声强度的关系,并从噪声频谱的罗伦兹(Lorentz) 分布特性推出,只有在噪声能量集中的低频区域才能产生随机共振的论点。得出了二次采样大参数类随机共振的实现条件,即采样频率至少是信... 研究了小参数随机共振(SR)的响应幅值与信号频率和噪声强度的关系,并从噪声频谱的罗伦兹(Lorentz) 分布特性推出,只有在噪声能量集中的低频区域才能产生随机共振的论点。得出了二次采样大参数类随机共振的实现条件,即采样频率至少是信号频率的50倍并根据噪声强度选择二次采样频率。在大参数情况下,由双稳系统输入输出信噪比的分析,阐明了大参数类随机共振方法从强噪声中检测出弱信号的可行性。运用周期和非周期弱信号的检测实例,进一步证明了该方法的有效性和实用性。 展开更多
关键词 弱信号检测 随机共振 双稳系统 噪声
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基于幂函数型双稳随机共振的故障信号检测方法 被引量:19
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作者 贺利芳 崔莹莹 +2 位作者 张天骐 张刚 宋莹 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1457-1467,共11页
在实际的故障诊断中,有用信号经常淹没在噪声中,特征信息提取非常困难。为了提取强噪声背景中的微弱信号,将幂函数型单势阱模型与Gaussian Potential模型相结合提出一种新型的双稳随机共振系统,称为幂函数型双稳随机共振系统。首先,以... 在实际的故障诊断中,有用信号经常淹没在噪声中,特征信息提取非常困难。为了提取强噪声背景中的微弱信号,将幂函数型单势阱模型与Gaussian Potential模型相结合提出一种新型的双稳随机共振系统,称为幂函数型双稳随机共振系统。首先,以平均信噪比增益为衡量指标,提出一种寻找最优系统参数组合的算法,使微弱信号、噪声及系统产生最佳的共振效果;然后,基于幂函数型双稳随机共振系统对Levy噪声背景下的仿真信号进行检测;最后提出一种基于小波变换和幂函数型双稳随机共振的微弱信号检测方法并应用于轴承故障信号检测中。仿真实验表明,幂函数型双稳随机共振模型在故障信号检测中是有效和可靠的。 展开更多
关键词 幂函数型双稳随机共振 平均信噪比增益 小波变换 故障信号检测 Levy噪声
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阵列双稳随机共振在微弱信号检测中的应用研究 被引量:9
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作者 莫建文 欧阳缮 +1 位作者 肖海林 孙希延 《信号处理》 CSCD 北大核心 2011年第5期755-759,共5页
阵列双稳随机共振(stochastic resonance,SR)系统可利用噪声在单个双稳SR系统基础上进一步增强微弱信号检测的能力,为强噪声背景下微弱信号的检测开创了新方法。本文应用阵列双稳SR原理进行微弱信号检测的研究,采用理论和数值仿真相结合... 阵列双稳随机共振(stochastic resonance,SR)系统可利用噪声在单个双稳SR系统基础上进一步增强微弱信号检测的能力,为强噪声背景下微弱信号的检测开创了新方法。本文应用阵列双稳SR原理进行微弱信号检测的研究,采用理论和数值仿真相结合,通过稳态自协方差函数,分析了阵列双稳SR系统输出信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)增益。在此基础上,分别讨论了阵列噪声、外部噪声及阵列单元数对检测性能的影响。并与单个双稳SR检测弱信号进行性能比较,分析和仿真结果都表明,在相同条件下,采用阵列双稳SR比采用单个双稳SR检测微弱信号性能有较大改善。这些研究结果对于阵列双稳SR的进一步发展及应用具有重要意义。 展开更多
关键词 微弱信号检测 随机共振 阵列双稳随机共振 信噪比增益
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基于级联双稳系统的信息检测 被引量:3
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作者 冷永刚 王太勇 郭焱 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第z1期713-714,共2页
研究了两个双稳系统级联的随机共振(SR)特性,结果表明,级联双稳系统相当于一个低通滤波器,它可使得系统最终输出的波形变得更加光滑清晰,提高随机共振效果,有利于信息的提取。以弱非周期信号的识别为例,利用二次采样随机共振技术,进一... 研究了两个双稳系统级联的随机共振(SR)特性,结果表明,级联双稳系统相当于一个低通滤波器,它可使得系统最终输出的波形变得更加光滑清晰,提高随机共振效果,有利于信息的提取。以弱非周期信号的识别为例,利用二次采样随机共振技术,进一步证明了级联双稳系统在信息检测方面的有效性,为信息获取与处理提供了一定的研究基础。 展开更多
关键词 级联双稳系统 随机共振 噪声 信息检测
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Levy噪声下新型势函数的随机共振特性分析及轴承故障检测 被引量:5
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作者 贺利芳 周熙程 +1 位作者 张刚 张天骐 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第12期53-62,共10页
针对经典双稳随机共振(Classical Bistablestochastic Resonance,CBSR)系统的输出饱和性问题,构建了一种新型的分段非线性双稳随机共振(Piecewise Nonlinear Bistable Stochastic Resonance,PNBSR)系统,用所提的PNBSR系统在理论上和CBS... 针对经典双稳随机共振(Classical Bistablestochastic Resonance,CBSR)系统的输出饱和性问题,构建了一种新型的分段非线性双稳随机共振(Piecewise Nonlinear Bistable Stochastic Resonance,PNBSR)系统,用所提的PNBSR系统在理论上和CBSR系统作了对比;然后以平均信噪比增益(MSNRI)为衡量指标,用量子粒子群算法进行参数寻优,深入的探究了在Levy噪声不同特征指数与对称参数情况下,PNBSR系统参数l,c,a,b和Levy噪声强度放大系数D对共振输出的规律。研究表明:相对于CBSR系统的输出信噪比,PNBSR系统的输出信噪比有4dB的提高;并且发现在不同的Levy噪声分布作用下,通过调节系统参数l,c,a,b和噪声强度系数D均可诱导随机共振,且系统较好的随机共振区间不随α或β变化;最后将PNBSR系统应用于轴承故障检测,效果明显优于CBSR系统。 展开更多
关键词 分段非线性双稳系统 Levy噪声 平均信噪比增益 随机共振 轴承故障检测
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基于自适应尺度变换-双稳态随机共振模型的BPSK信号检测算法 被引量:6
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作者 刘斌 范翔宇 +1 位作者 张自伟 张烨 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期2084-2095,共12页
为提升在强噪声背景下对二进制相移键控(binary phase shift keying,BPSK)信号的检测性能,针对主流方法在抑制噪声过程中信号受到一定程度的削弱、信号处理系统引入新噪声导致检测性能下降的问题,提出了基于自适应尺度变换双稳态随机共... 为提升在强噪声背景下对二进制相移键控(binary phase shift keying,BPSK)信号的检测性能,针对主流方法在抑制噪声过程中信号受到一定程度的削弱、信号处理系统引入新噪声导致检测性能下降的问题,提出了基于自适应尺度变换双稳态随机共振模型的BPSK信号检测算法。对于经典的双稳态随机共振系统只能处理小幅度、低频段的周期信号的情况,首先将双稳态随机共振系统进行尺度变换,证明在高采样率条件下,双稳态随机共振系统可应用于高频的BPSK信号,并基于Neyman-Pearson准则设计了非线性阈值检测系统,推导且定量表示出检测器的误码率,以此作为反馈量,自适应地调节系统参数,构建了信号检测的完备流程。通过仿真实验验证了尺度变换的可行性以及所提算法的适用性,为低信噪比条件下的弱BPSK信号检测提供了理论依据。 展开更多
关键词 强噪声 无先验信息 二进制相移键控信号 双稳态随机共振系统 尺度变换 NEYMAN-PEARSON准则
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非高斯水下噪声中微弱线谱信号的符号函数型随机共振检测 被引量:1
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作者 董华玉 张晓兵 玄兆林 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期318-322,共5页
采用符号函数作为随机共振模型,对非高斯水下噪声环境中的信号检测进行研究,分析了其检测性能。与Langevin型的随机共振相比,该模型具有更高的局部信噪比增益和更宽的频率适应范围。数值仿真表明,噪声的非高斯性越明显,符号函数型随机... 采用符号函数作为随机共振模型,对非高斯水下噪声环境中的信号检测进行研究,分析了其检测性能。与Langevin型的随机共振相比,该模型具有更高的局部信噪比增益和更宽的频率适应范围。数值仿真表明,噪声的非高斯性越明显,符号函数型随机共振系统的性能表现越优异。由实测数据对所采用的随机共振的有效性进行了验证。 展开更多
关键词 信息处理技术 随机共振 微弱信号 线谱 非线性双稳态 局部信噪比增益 混合高斯分布
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组合型幂指函数三稳态随机共振微弱信号检测 被引量:4
10
作者 张刚 高俊鹏 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2018年第9期2747-2752,共6页
在强噪声背景下,针对微弱信号的检测和提取困难的问题,在经典的双稳态系统模型基础上,结合Gaussian Potential模型提出了一种新的组合型幂指函数的三稳态系统模型。首先,构造组合型幂指函数的三稳态系统模型,通过调节系统参数进行数值仿... 在强噪声背景下,针对微弱信号的检测和提取困难的问题,在经典的双稳态系统模型基础上,结合Gaussian Potential模型提出了一种新的组合型幂指函数的三稳态系统模型。首先,构造组合型幂指函数的三稳态系统模型,通过调节系统参数进行数值仿真,验证新型的三稳态系统模型能够产生随机共振现象;其次,以输出的平均信噪比(SNR)作为测度指标,结合人工鱼群智能算法进行相应参数寻优,使得组合型幂指函数的三稳态系统输出信噪比最大,从而达到随机共振现象。轴承故障诊断实验分析中,在输入信噪比为-25.8 d B条件下,分别通过双稳态系统和组合型幂指函数的三稳态系统得到的输出信噪比分别为-13.1 d B和-8.59 d B,说明组合型幂指函数三稳态系统性能优于双稳态系统性能。 展开更多
关键词 微弱信号检测 平均信噪比 双稳态系统 随机共振
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二次方分段双稳系统的随机共振特性及其应用 被引量:1
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作者 张金燕 林敏 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2015年第19期213-217,223,共6页
提出一种二次方分段双稳势函数,建立了该势函数的参数与克莱默斯逃逸率和输出信噪比的解析关系。并从动力学的角度,分析了不同非线性势函数下布朗粒子所受的势场力对增强随机共振效应的影响。数值仿真与理论分析结论一致。经对轴承滚动... 提出一种二次方分段双稳势函数,建立了该势函数的参数与克莱默斯逃逸率和输出信噪比的解析关系。并从动力学的角度,分析了不同非线性势函数下布朗粒子所受的势场力对增强随机共振效应的影响。数值仿真与理论分析结论一致。经对轴承滚动体故障数据的分析表明,该势函数所产生的随机共振能更有效地实现微弱特征检测与早期故障诊断。 展开更多
关键词 随机共振 二次方分段双稳势函数 噪声助长 轴承故障 微弱信号检测
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双模非高斯噪声背景下级联双稳态随机共振信号检测
12
作者 热依扎.海然 叶尔肯.加伦木汉 山拜.达拉拜 《电讯技术》 北大核心 2014年第9期1260-1264,共5页
针对随机共振(SR)以高斯噪声为研究背景的局限性,为了分析非高斯噪声对级联随机共振的影响且验证在双模非高斯噪声中级联随机共振的降噪及波形整形特性的可靠性,提出了级联双稳随机共振系统在双模非高斯情况下的微弱信号检测方法。输入... 针对随机共振(SR)以高斯噪声为研究背景的局限性,为了分析非高斯噪声对级联随机共振的影响且验证在双模非高斯噪声中级联随机共振的降噪及波形整形特性的可靠性,提出了级联双稳随机共振系统在双模非高斯情况下的微弱信号检测方法。输入信号在进行信号检测过程中,首先把概率密度函数作为随机共振现象的衡量指标,然后当系统处于最佳随机共振状态时,分析了非高斯参数、相关时间及噪声强度之间的关系。最后通过仿真证实,与一级SR相比,二级SR的噪声强度和相关时间的可用范围随着非高斯参数的减少不仅会得到增大,而且滤波特性、信号检测效果得到明显提高。 展开更多
关键词 级联随机共振 微弱信号检测 非高斯噪声 概率密度函数
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