为检测微弱周期信号对二次采样随机共振相关参数的研究
本文选用非线性双稳态系统，具体就是非线性朗之万方程(Langevin Equation,LE) 。分析了二次采样随机共振中涉及到的重要参数采样频率和二次采样频率,结合理论推导与仿真,得出了这两个参数对系统输出效果的具体影响,采样频率和二次采样频率对系统输出性能的影响，二次采样频率升高会导致输出信号中能量朝着低频区域集中，使得噪声分布形式变得更加“陡峭”，同时也会使得周期信号频率处的谱值变小，这两个变化的综合效应使得周期信号更加难以辨认，系统输出性能下降；采样频率降低虽然对噪声分布形式没有产生影响，但它使得周期信号频率处谱值变小，这同样也使周期信号难以辨认，对微弱周期信号的检测产生消极影响。频率压缩比R是与采样频率和二次采样频率密切相关的一个参数，事实上，不论是二次采样频率升高还是采样频率降低，最终都会使得频率压缩比R减小，而输入信号中周期成分频率f与二次采样后周期信号频率f0之间存在关系f0=f/R因此频率压缩比Ｒ的减小会直接导致二次采样后周期信号频率f0升高，从而导致这一频率距离易发生随机共振的低频区域较远，系统输出中周期信号频率处谱值自然会变小。至于二次采样频率升高会导致输出信号中能量朝着低频区域集中，使得噪声分布形式变得更加“陡峭”，这是由算法特点决定的，二次采样频率直接决定了龙格一库塔算法中的计算步长，计算步长越短，会使得输出信号中噪声能量越向低频区域集中。通过以上分析，得出二次采样频率和采样频率变化分别对系统输出所产生的影响，二者改变对系统输出中噪声分布形式和周期信号频率处谱值大小变化有显著作用，直接影响系统检测微弱周期信号的效果。由绝热近似理论可知，传统的随机共振方法仅对于满足频率f<0.1 Hz的周期信号具有较好的检测效果，根据这一结论，在进行二次采样随机共振时，应考虑将经过二次采样后的信号频率f0控制在0.01-0.05 Hz这一易发生随机共振的区域以保证系统输出的效果，这可以通过同时调整二次采样频率和采样频率以控制频率压缩比Ｒ的大小来实现。在确保了二次采样后信号频率f0处在合适的频段后，还应考虑使输出信号中噪声分布形式不过于“陡峭”，这样更有利于周期成分凸现出来，通过前面的仿真可知，这可以通过适当降低二次采样频率来实现(不可过低，仿真表明，当把二次采样频率降低到1.7 Hz以下后程序会出现溢出）。在进行信号检测时，通过选择合适的二次采样频率和采样频率，可以得到一个最优的系统输出，使得周期信号更好地凸显出来。
非线性双稳态系统 随机共振 采样频率 二次采样频率
郑堂 李世平 程双江 邬肖敏
第二炮兵工程大学,陕西西安710025
国内会议
青海
中文
313-317
2014-08-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）