论文部分内容阅读
在精密测量中，信号往往被噪声淹没或覆盖，如何较为精确地提取噪声背景下的微弱信号信息，已成为近年来研究的热点。随机共振是一种新型的微弱信号检测方法，与传统抑噪技术相比，随机共振通过利用噪声来增强微弱信号信息，存在噪声能量向信号能量转移的机制。在随机共振实际应用中，存在着随机共振不易发生且不易控制的问题。随机共振的产生需要严格的条件，只有当微弱周期信号、噪声及非线性系统这三个要素达到某种严格匹配关系时才能产生。在工程实际信号检测中，微弱周期信号、噪声一般不能满足随机共振产生的条件。在不改变微弱周期信号和噪声的前提下，为使系统较好地产生随机共振或使随机共振效应更加明显，可以通过自适应调节控制非线性系统参数来实现。为实现这一目标，本文以双稳系统随机共振为研究对象，开发了一个采用AVR单片机，通过线性随机搜索算法驱动控制数字电位器AD7376改变双稳系统参数，来实现基于自适应随机共振的微弱信号检测系统。本文的主要研究内容如下：（1）研究了双稳系统参数对随机共振的影响，具体研究了双稳系统参数对势垒阈值、系统跃迁、系统响应速度的影响以及双稳系统最佳参数对随机共振的影响。通过双稳系统参数对随机共振影响的研究，为自适应控制双稳系统参数实现随机共振提供了理论指导。（2）研究了双稳电路的随机共振特性，并在Multisim仿真环境下对其电路进行了实验仿真，验证了双稳电路可以很好的实现随机共振功能，为课题实际双稳电路制作提供有力支持。（3）进行了高斯白噪声源的设计制作，完成了该微弱信号检测系统的硬件电路设计开发，具体包括AD7376双稳随机共振电路、A/D转换电路、电压极性转换电路、电源电路等的设计开发。（4）采用C语言和模块化设计方法设计了基于AVR单片机的核心控制部分，包括AVR单片机A/D的采集控制，数字电位器AD7376的驱动测试实现，基于SNR自适应随机共振算法设计，基于统计均值、平均偏差的自适应共振判定算法实现等。（5）将该自适应微弱信号检测系统在实验室环境下进行了相关性能测试。实验测试结果表明，对于一定振动噪声背景下的单一低频(100Hz之内)微弱周期信号，该系统能够较好地实现对微弱信号的自适应检测。