【摘要】：微弱信號檢測技術(shù)是應(yīng)用在生物醫(yī)學、圖像處理、機械故障檢測、雷達系統(tǒng)、地質(zhì)學等領(lǐng)域的一種從噪聲中提取弱信號的處理方法,傳統(tǒng)對噪聲處理的方法是利用不同的降噪技術(shù)處理噪聲帶來的影響,但是也削弱了信號的能量。論文首先介紹了隨著非線性科學的發(fā)展而興起的混沌振子檢測法和隨機共振(Stochastic Resonance,SR)檢測法,其中隨機共振檢測技術(shù)是論文研究的一個重點,它是利用信號、非線性系統(tǒng)及噪聲三者之間的協(xié)同作用來增強檢測的,這改變了過去弱信號檢測中噪聲有害的看法。論文首先簡要介紹了隨機共振的發(fā)展現(xiàn)狀,從經(jīng)典雙穩(wěn)隨機共振(Classical Bistable Stochastic Resonance,CBSR)系統(tǒng)基礎(chǔ)理論出發(fā),重點研究了分段非線性雙穩(wěn)型、時延反饋指數(shù)單穩(wěn)型以及指數(shù)冪函數(shù)組合型在微弱信號檢測中的應(yīng)用。論文主要工作及創(chuàng)新點如下:(1)基于經(jīng)典雙穩(wěn)隨機共振的輸出飽和性,構(gòu)建了一種新型的分段非線性雙穩(wěn)勢函數(shù)(Piecewise Nonlinear Bistable,PNB)。首先,以平均信噪比增益為衡量指標,研究由Levy噪聲驅(qū)動的PNB系統(tǒng)隨機共振特性,然后使用量子粒子群算法尋找系統(tǒng)參數(shù)的最佳范圍,讓微弱信號、噪聲和非線性系統(tǒng)能產(chǎn)生最佳的隨機共振效果,最后分析Levy噪聲的特征指數(shù)、對稱參數(shù)以及系統(tǒng)系數(shù)對PNBSR系統(tǒng)輸出的影響,探究不同Levy噪聲分布環(huán)境下系統(tǒng)參數(shù)對PNBSR現(xiàn)象的影響,以及PNBSR在故障信號診斷中的應(yīng)用,展現(xiàn)分段非線性雙穩(wěn)隨機共振系統(tǒng)的實用價值。(2)基于指數(shù)單穩(wěn)型系統(tǒng),研究了在周期信號和噪聲激勵下的單穩(wěn)時延反饋隨機共振系統(tǒng),運用小時延逼近方法推導穩(wěn)態(tài)概率密度分布和等效勢函數(shù),發(fā)現(xiàn)平均首次穿越時間(Mean First-passage Time,MFPT)對粒子逃逸的研究起著極其重要的作用;并且通過使用絕熱近似理論得到系統(tǒng)的輸出信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR),分析在不同的系統(tǒng)參數(shù)和時延反饋參數(shù)下的隨機共振現(xiàn)象。(3)將指數(shù)單勢阱和冪函數(shù)有機的組合在一起,提出一種指數(shù)冪函數(shù)組合雙穩(wěn)(Exponential Power Combination Bistable,EPCB)勢阱的系統(tǒng)模型。首先,在理論上分析了EPCB系統(tǒng)在不同系統(tǒng)參數(shù)下輸出SNR隨著噪聲強度D變化的隨機共振現(xiàn)象,為實際的檢測做理論支撐,然后將所提的EPCB系統(tǒng)用于檢測低頻、高頻微弱周期信號,以及模擬的衰減沖擊信號,最后將EPCB系統(tǒng)應(yīng)用在故障檢測中,驗證EPCB系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的高效性。
【學位授予單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN911.23
【圖文】：

圖 3. 2 CBSR 和 PNBSR 系統(tǒng)勢函數(shù)統(tǒng)的分析可知，CBSR系統(tǒng)的勢函數(shù)表達式為( ) c V x = a x/c ca b ，勢壘高為2/(4 )c c V a b，且壘高在 0bx 處析，描述 CBSR 系統(tǒng)與 PNBSR 系統(tǒng)勢函數(shù)的圖形如圖 3s ( x ) 1時，CBSR 系統(tǒng)的勢函數(shù)由于4x 項的存在讓 ( cV x函數(shù)兩側(cè)產(chǎn)生了陡峭的勢阱壁，即 CBSR 系統(tǒng)在對輸入信出信號 x 的絕對值大于 1，x 的值幾乎不會隨著輸入信號峭的勢阱壁會使系統(tǒng)的輸出快速地達到飽和，因此這就限的增強以及對噪聲的利用能力。為了克服這種輸出飽和性 系統(tǒng)的檢測能力，CBSR 系統(tǒng)左側(cè)和右側(cè)的勢阱壁(

重慶郵電大學碩士學位論文 CWRU 實驗驗證本章節(jié)將所提的 EPCB 系統(tǒng)應(yīng)用在軸承檢測故障中，以驗證系統(tǒng)的可行選用 CBSR 系統(tǒng)對故障信號的檢測效果做了對比；本章節(jié)同樣采用美國tern Reserve University 電氣工程實驗室型號為6205 2RS JEM SKF的深公開數(shù)據(jù)[73]進行實驗，其主要參數(shù)在文中 3.5 小節(jié)給出，實驗裝置如。

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