[发明专利]一种基于信号分类的随机共振信号恢复方法

摘要

本发明公开了一种基于信号分类的随机共振信号恢复方法，将信号分为类正弦信号和类脉冲信号，对类正弦信号采用级联双稳随机共振系统和参数调节的恢复系统实现信号恢复，对类脉冲信号采用单稳随机共振系统和参数固定的恢复系统实现信号恢复；与现有技术相比，本发明根据粒子运动特点，将正弦信号按幅值大小分为四类，分析了四类信号的波形恢复过程；根据时域波形中是否含有脉冲形式，将信号分为类正弦信号和类脉冲信号；对于类正弦信号采用级联双稳随机共振系统和参数调节的恢复系统，对类脉冲信号采用单稳随机共振系统和参数固定的恢复系统；最终实现粒子在恢复系统中的运动达到可调的状态，最终恢复出有用的信息，实现工程中对含噪信号的特征提取。

主权项

1.一种基于信号分类的随机共振信号恢复方法，将信号分为类正弦信号和类脉冲信号，对类正弦信号采用级联双稳随机共振系统和参数调节的恢复系统实现信号恢复，对类脉冲信号采用单稳随机共振系统和参数固定的恢复系统实现信号恢复，该方法包括以下步骤步骤(1)：计算双稳系统恢复系统函数h(x)＝-ax+bx³＝dU(x)/dx其中U(x)为双稳系统的势函数，a，b为双稳系统参数，得到还原粒子轨迹：h·(t)=h·(x(t))=dh(x)dx·x·(t)=s·(t)]]>从还原粒子轨迹出发得到的恢复波形失真，定义变量x_R＝max(x(t))和x_L＝min(x(t))，对应在h(x)中定义点R和L，[x_L，x_R]描述了U(x)中粒子的运动范围。定义U(x)的两个稳定点U(x)在正负势阱中的拐点x_I和-x_I，由于当粒子发生跃迁时，必然经过拐点±x_I，x·=10s·(t)]]>粒子的瞬时速度趋向于无穷大，表现为波形产生下降沿或上升沿的突变；步骤(2)：计算由粒子跃迁经过双稳系统势函数拐点引起的脉冲失真，在无噪条件下，x_R和x_L仅由正弦信号的幅值A决定，根据粒子的运动范围[x_L，x_R]，我们将s(t)按幅值大小分为四种情况，即中，划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区，利用h(x)＝-ax+bx³＝dU(x)/dx得到的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四区信号的恢复波形，该波形的参数取信号频率f₀＝0.01Hz，双稳系统参数a＝b＝1，二次采样频率f_s＝5Hz，为采样时间t₀＝40s；步骤(3)：将信号分为类正弦信号和类脉冲信号，分别求取参数可调或者参数固定的恢复系统对随机共振输出的响应即为恢复信号，该步骤具体包括：如果目标信号中包含一个或有限可数的几个周期成分，并且该周期成分集中在某一频段中，为类正弦信号；对类正弦信号选择级联双稳和参数调节的恢复系统提取被噪声污染的有用信息：将含噪信号s(t)+n(t)送入级联双稳系统，根据噪声强度，调节系统参数a、b和二次采样频率f_sr，使得级联双稳系统输出达到随机共振状态，其中，两级双稳系统参数相同，输出分别为x(t)和y(t)；求解参数调节的恢复系统对级联输出y(t)的响应，从还原粒子运动轨迹角度出发，为满足：h·(t)=s·(t),]]>满足：令求出恢复参数的值，经过插值、拟后的后处理后，从而得到信号恢复波形；如果目标信号的频谱结构覆盖很宽的频域范围，包含较多或者无限多的频率成分，其时域波形中含有脉冲的信号形式，判断为类脉冲信号，对类脉冲信号选择单稳随机共振系统和参数固定的恢复系统提取被噪声污染的有用信息，直接利用恢复公式h(t)＝-ax(t)+bx³(t)，选择恢复参数和然后再选择二次采样频率f_sr，从而得到信号恢复波形。