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1、基于随机共振技术的微弱信号检测方法总第期・・舰船电子工程年第期基于随机共振技术的微弱信号检测方法。姜建平姜意光•部队湛江•南昌大学科技学院南昌摘要介绍了利用随机共振原理检测微弱周期信号的基木原理,提出了一种强环境噪声背景下微弱信号检测方法，此方法通过自适的检测应调节系统参数，使系统进入随机共振状态，从而接收到的信号经随机共振器输出后信噪比大大增加，构建了基于系统。仿真结果数据显示，该方法在低信噪比下具有很好的检测性能。关键词随机共振;微弱信号;检测;VI中图分类号・・・・,,,,?.,?,・・,邮.代发展时期。随机共振系统一般包含三个不可缺少的因引言素:环
2、境稳态系统;低于势金的输入信号如周期信号;系统固有的或追加到相干输入中的噪声源。通常传统的微弱信号检测方法都是尽可能地抑制噪声来提用于研究的随机共振系统都是由非线性朗Z万取微弱信号，但是，在一些非线性现象中，噪声的存在却能方程描述的非线性双稳态系统所定义的：够提高系统对有用信号的响应，会发生噪声能量向信号能—如亿妒车量的转移，使得输出信噪比增强并达到极值点。这些现象方程中一亿为该非线性双稳系统中，随机共振得到了广泛的研究，因此利用随机共的输人信号，其屮为待测微弱周期信号，、振技术检测微弱信号不需要抑制噪声。这一理论为弱信号是大于零的实数;为信号幅值;为调制
3、频率;善为噪检测与处理提供了一条崭新的思路。声，且满足统计平均善一，一本文针对以海洋环境噪声为背景的水声微弱信号检测O其中为噪声强度，噪声方差为，为时间延迟。进行研究，探讨了随机共振技术在阵列信号处理一些算法中的适用性,并且给出处理方法，自适应调节系统参数，将当?，一时，系统一土丿口/、一处的两个势阵列信号通过多路随机共振器后输出，从原理上保证了系阱点和一个势垒点分别对应势函数曲线中的两个极小值和统的可行性。再搭建采集系统，采用公司的VI—个极大值，此时质点位于两个势阱中的任意一个，视系统•图形化软件设计，实现了微弱信号的采集与分析，为的初始状态而定。当工
4、时，整个系统的平衡被打破，势强海洋环境噪声下水声微弱信号采集与分析提供了一定的阱在信号的驱动下发生倾斜。在静态条件下，当理论与应用基础。一/口/为系统双稳态临界值时，系统的输出状态将在一土V/处的势阱内作局部的周期运动，当2随机共振的基木原理时，系统的输出状态将能克服势垒在势阱间周期运动。然随机共振，理论最初是由意而，当系统噪声H吋,在噪声的协同作用下，即使大利学者等提出，用来解释气象中每隔万年左右时系统也能在势阱间按信号的频率作周期运动。由于冰期和暖气候期周期交替出现的现彖。当时及随后一段时双稳态之间的电压差远远大于输入信号的幅值，使得输岀间并未引起人们
5、广泛的关注，直到在一次双稳环激光器的信号幅值大于输入信号的幅值，同时因为系统输出状态的关键实验中展示了随机共振现象，才迎来了随机共振的现有规则变化,有效地抑制了系统输出状态屮的噪声强度，因收稿日期:年刀日，修回日期:年刀日作者简介:姜建平，男，硕士研究生，工程师，研究方向:水声信号处理。姜意光,男,硕士研究牛，助教•研究方向:软件仿真，万方数据总第期姜建平等:基于随机共振技术的微弱信号检测方法此系统的输出信噪比得到了提高，即输出信号得到了增强，止匕，将随机共振技术引入阵列信号处理后，低频目标或接这种现象从本质上讲是信号、噪声和非线性系统之间的协收阵使用高采
6、样率将得到更有效的处理。同作用，称之为随机共振。需要特别指出的是，随机共振技术对多种类型的信号和噪声均有效。我们仿真了单频信号、窄带信号，高斯白噪随机共振模型与阵列信号处理中使用随声、高斯色噪声等在不同信噪比的情况，均有很好的效果。机共振系统我们使用一种已基于唧二的数值仿真及分析经被深入研究的随机•高斯白噪声数值仿真及分析共振系统，基于下面的随机共振离不开高斯噪声的帮助，由于高斯分布是自双稳态模型。设想一然界中大多数随机事件所遵循的一种分布形式，因此噪声个质点在周期力和噪高斯分布的假设是与实际相当接近的。高斯白噪声一般用声作用下在双阱势能均值和方差来描述，
7、假设噪声是均值为,方差,一场屮运动,如图所的高斯白噪声，则有：O、示。模型可以用方程图双阱势能场。一？一，一来表示:其中，其中?算符代表总体平均，相应的噪声功率谱函数为是输出信号,一一/如/是势能场,势垒高度为/,势能场最低点位于一±//。这里，一』产功一我们假定噪声是零均值高斯口噪声，口相关函数为可见高斯噪声的功率谱是与频率无关的常量,称作白O噪声。对于一般噪声，要全面掌握其统计性质，述需要在信号不存在的情况下，质点在两个势阱间来回翻转，考虑其高阶矩，而对于高斯分布的函数而言,其高阶矩都可由噪声驱动的阱间翻转率由公式III给岀:以表示为均值和方差的函数:
8、?00一南一掣开.取取？取屯一“当引入一个微弱的周期力后，噪声驱动
