[发明专利]一种基于线性耦合双稳系统的弱信号检测方法

说明书

本发明请求保护一种基于线性耦合双稳系统的弱信号检测方法，属于信号处理领域。利用四阶龙格库塔方法，选取信噪比增益为衡量指标，研究了参数D、a₀以及r对系统信噪比增益的影响，随后实现了单频率和多频率微弱周期信号的检测，最后将本发明提出的线性耦合双稳系统与经典双稳系统进行了对比。实验表明，信噪比增益随噪声强度D呈现非线性变化，先增加后减小；随参数a₀先增大后减小；随耦合强度参数r的增大逐渐减小，且单峰向右偏移。本发明提出的线性耦合系统的随机共振性能优于经典双稳系统，主要体现于前者的微弱信号检测结果值高于后者，且对于多频率微弱信号的检测效果前者明显优于后者。对工程应用中弱信号的检测具有重要意义。

技术领域

本发明属于微弱信号检测等相关领域，具体为对称三值噪声下线性耦合双稳随机共振的微弱信号检测方法，以信噪比增益为指标，并检测不同周期信号下的高低频微弱周期信号。

背景技术

微弱信号检测是一门综合技术，涉及信息理论、非线性科学、信号处理等学科，且与具体的应用领域密切相关，如故障检测、地震勘测、生物应用、金属探测等等，是研究如何从强噪声背景中把有用信号提取出来的一种技术。微弱信号不只意味着信号的幅度很小，而主要指的是被噪声淹没的信号，微弱是相对于噪声而言的。而噪声确是无处不在的，在所有的工程技术实际应用的过程中信号与噪声都是共存的，要想从强噪声背景中提取出微弱信号，最主要的任务是提高信噪比。

随机共振理论的提出到现在已经有30多年的历史，从相关理论研究到实际应用都得到了较大的发展。Benzi等人在1981年研究冰川期和暖周期交替出现问题时，首次提出随机共振。1983年，Fauve和Heslot 在研究Schmitt触发器电路时发现了随机共振现象，对该触发器加一固定幅值和频率的调制信号的同时加一强度可以改变的噪声信号。实验表明在一定的噪声强度下，输出信噪比会达到一个峰值。1988年美国佐治亚理工大学在激光器中也发现了随机共振现象。随机共振是非线性系统、信号和噪声三者达到一个协同效应，噪声中一部分能量转化为信号能量使得信号能量大大提高，产生随机共振。因此，随机共振就为国内外理论和实验人员在微弱信号检测领域提供新的方法和途径，掀起了研究的热潮。文献“Stochastic resonance in multi-stable coupled systems driven by two drivingsignals”研究了一种双信号驱动的耦合双稳系统；文献“α噪声下自适应非线性耦合双稳随机共振信号检测”详细分析了非线性耦合双稳随机共振系统的信噪比增益随系统参数的变化规律，并且进行单频率和多频率的微弱信号的检测；文献“weak signal detectionbased on adaptive cascaded bistable stochastic resonance system”将双稳随机共振系统进行级联，对其随机共振现象进行了较为深入的分析。

大多数随机共振系统都是运用经典双稳系统检测低频微弱信号的频率，并且噪声选取过于理想。鉴于此，本发明提出对称三值噪声 (一种非高斯噪声)下的线性耦合双稳随机共振系统，在某种程度上耦合双稳系统虽然结构稍微复杂，但是在噪声的利用率方面比单稳、经典双稳都要好，系统的性能优于经典双稳系统。本发明仿真对称三值噪声环境，研究了本发明提出的线性耦合系统的随机共振现象，分析了信噪比增益随不同参数的变化规律，最后还对单频率和多频率微弱信号进行检测，并且与经典双稳系统的检测结果进行了对比。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，提出一种既能提高噪声利用率又具有普遍适用性检测噪声背景下微弱周期信号的方法，本发明所要解决的技术问题是：在已有的随机共振研究基础上，探索一种随机共振性能优于经典双稳系统的系统模型，使得其不仅能够实现微弱信号检测，同时还能对单频率和多频率信号进行检测。