基于振动共振的微弱信号检测方法研究

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近十几年来,利用振动共振(VR)原理进行微弱信号检测在通讯技术、声学、神经科学等诸多领域具有广泛的应用。但在工程实践中,VR检测方法仍存在一些需要解决的问题。因此,本文将双稳态VR系统和一维多稳态VR系统作为系统模型,以Matlab为仿真平台,以平均信噪比增益(MSNRI)为衡量指标,分别研究了复杂噪声环境下多频(高、低)微弱信号激励的双稳态VR现象及复杂噪声环境下多频(高、低)微弱信号激励的多稳态VR现象,主要内容包括:(1)首先,介绍了高斯分布和α稳定分布的相关理论,详细阐述了双稳态VR系统模型和一维多稳态VR系统模型,并讨论了高频驱动信号参数B、Ω和系统参数a、b对双稳态有效势函数的影响以及高频驱动信号参数B、Ω对一维多稳态有效势函数的影响;(2)其次,将高斯噪声与双稳态VR系统结合,研究了高斯噪声环境下多个(高、低频)微弱信号激励的双稳态VR现象,并分别探究了高频驱动信号参数B、Ω和系统参数a、b对双稳态VR输出的影响,揭示了B、Ω、a、b对双稳态系统共振输出效应的作用规律。并将α稳定噪声与双稳态VR系统结合,研究了α稳定噪声环境下多个(高、低频)微弱信号激励的双稳态VR现象,探究了不同特征指数α、对称参数β和噪声强度D下,B、Ω和a、b对双稳态系统共振输出效应的影响,揭示了 α、β,D,B、Ω,a、b对双稳态VR系统共振输出效应的作用规律。(3)最后,将高斯噪声与一维多稳态VR系统结合,研究了高斯噪声环境下多个(高、低频)微弱信号激励的一维多稳态VR现象,并分别探究了B、Ω对多稳态VR输出的影响,揭示了B、Ω对多稳态系统共振输出效应的作用规律。并将α稳定噪声与一维多稳态VR系统结合,研究了 α稳定噪声环境下多个(高、低频)微弱信号激励的一维多稳态VR现象,探究了不同α、β和D下,B、Ω对多稳态系统共振输出效应的影响,揭示了α、β,D,B、Ω对多稳态VR系统共振输出效应的作用规律。研究所得结论表明基于VR的微弱信号检测方法可以克服工业现场噪声强度不可任意控制的缺点,提供了一种新型的微弱信号检测方法,将有助于自适应调参VR系统(包括双稳态VR系统和多稳态VR系统)中参数的合理选取,为复杂噪声环境下的VR检测技术奠定理论基础。
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