基于随机共振原理的微弱周期信号的检测方法研究与电路设计

【摘要】二十世纪八十年代，前人开始提出了随机共振理论，随后此理论被逐渐发展与完善。其实质为非线性系统、输入信号与噪声能够产生协同作用发生随机共振现象，进而实现部分噪声能量向有用信号转移的目的。本文针对原模型存在的问题，提出了一种新参数双稳态模型，并对其核心部分进行了软件分析与硬件电路设计。全文的总体思路为：首先，简要描述了随机共振理论的起源、发展与现状，针对原经典双稳态模型存在的问题，引出了本课题需要研究的主要内容。其次，分析了经典双稳系统存在的对微弱输入信号的限制性，针对这一问题采用了信号调制的方法，并在此基础之上对经典双稳系统模型进行了改进，建立了新双稳系统模型，以使得该系统在工程应用上有更广泛的使用范围。然后，对系统进行了硬件电路设计与分析。介绍了运算放大器的几种常用功能与接法；根据新参数双稳系统模型与各个模块的设计方法，设计了核心硬件电路，分析了电路的设计原理；对电路进行了检验，阐述了系统的参数变化对新双稳系统的输入输出的影响；并将模拟电路的输出与软件仿真的输出进行了对比，从理论上分析了二者的联系与区别。最后，对本课题所设计的新参数双稳系统模型进行了总结，分析了该系统的优点与不足之处，同时也为进一步的探索研究做了一些展望。本文的创新之处在于：在原有模型的基础之上提出了一种新双稳随机共振模型，与原有模型相比，它具有三大优势（1）经典双稳随机共振系统存在输出饱和性，新参数双稳系统模型可以通过改变参数的方法来调节输出幅值以降低输出饱和性的影响；（2）改进了现有的利用调制随机共振系统检测微弱信号的方法，具体为通过参数调节的方法增大了扫描信号的扫描步长：（3）上述两个参数的调节都是独立的，即一个参数的改变对另一个参数没有影响。并且本论文用理论分析、软件仿真实验与模拟电路调试的方法对该模型进行了分析与验证。但是新参数双稳系统模型也存在一些不足之处，如，待调节的参数值被限定在一定范围之内，这还有待进一步的改进。
【作者】田红梅；
【导师】赵文礼；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】随机共振；新双稳系统；信噪比；参数调节；微弱信号；

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