[实用新型]级联变尺度随机共振方波滤波器

说明书

技术领域

本实用新型属于检测技术与信号处理，具体涉及利用级联程控频率随机共振技术对方波信号进行检测的装置。

技术背景

双稳系统是指具有两个不同稳定状态的系统，系统处于哪一个稳定状态由其初始条件来决定。双稳系统的随机共振技术起源于上世纪八十年代初，在信号处理的增强放大、检测识别、传输还原等方面有着独特的优势，已普遍应用于多学科中。近年来随机共振技术广泛应用于故障诊断、图象处理、目标跟踪等工程方面。

在小参数条件下通过输入信号、噪声和双稳系统三者协调作用可以产生随机共振现象。其原因在于双稳系统改变了均匀分布的白噪声频谱结构，使得大部分噪声能量集中于低频区域，形成罗伦兹(Lorentz)分布的响应谱特征。当输入信号的频率位于噪声能量集中的低频区域，就会使输入信号被适量的噪声选择而产生随机共振现象。一旦输入信号的频率离开噪声能量集中的低频区域，那么随机共振现象会迅速弱化消失，而增大噪声强度虽然可以扩展低频能量区域，但这种扩展不仅非常有限，而且很难重新选择到信号使之达到随机共振。因此相对而言，随机共振对输入信号的频率更敏感一些。由于随机共振理论研究的是小参数信号，即信号的幅度和频率以及噪声的强度都是小参数，因此当面对大强度的噪声或大频率的信号时，特别是含有多个频率成分的大频率信号，小参数的随机共振理论将失效而无法使用。因此，如何利用随机共振技术不失真地检测出大频率、多成分的弱方波(以下简称方波，不是指非周期方波)信号，并能将此信号进行后续分析应用是攻破此项技术的难点所在，也对在强噪声背景下的方波信号检测分析具有很强的实用价值。

因此，如何利用随机共振技术不失真地检测出大频率、多成分的弱方波信号，并能将此信号进行后续分析应用是攻破此项技术的难点所在，也对在强噪声背景下的方波信号检测分析具有很强的实用价值和指导意义。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是将级联双稳系统和程控频率随机共振技术相结合，为弱方波信号的检测提供一种级联变尺度随机共振方波滤波器，也为精细信息分析和信号处理提供一种新的信息检测装置。

以下结合附图对本实用新型的技术结构进行说明。级联变尺度随机共振方波滤波器，具有程控频率随机共振系统、传感器和监视器等。具体的技术方案是：程控频率随机共振系统是由n个单级程控频率随机共振系统1-1、1-2、…、1-n依次串联相接构成，每级程控频率随机共振系统1-1、1-2、…、1-n，都是由相对应的n个频率变距模块2-1、2-2、…、2-n中的一个、n个双稳模拟电路3-1、3-2、…、3-n中的一个、n个信号判断模块4-1、4-2、…、4-n中的一个和n个频率复距模块5-1、5-2、…、5-n中的一个组成。由传感器6实测原始数据先依次输入至第一级程控频率随机共振系统1-1、第一个频率变距模块2-1、第一个双稳电路3-1和第一个信号判断模块4-1，根据信号判断模块4-1中的波形判断条件，或者输入至第一个频率复距模块5-1，到达监视器7终止；或者继续输入至第二级程控频率随机共振系统1-2中的第二个频率变距模块2-2、第二个双稳电路3-2、第二个信号判断模块4-2，…，依次类推，直至来自于实测的数据信号经第n级程控频率随机共振系统1-n后进入第n个频率复距模块5-n输出至监视器7终止(如图1)。其中n个频率变距模块2-1、2-2、…、2-n，每个频率变距模块均是由参考分频器8、相位比较器9、环路滤波器10和压控振荡器11依次串接而成；手动N分频器12作为反馈元件设置在相位比较器9和压控振荡器11之间(如图3)。n个频率复距模块5-1、5-2、…、5-n，每个频率复距模块均是由阶跃管脉冲发生器电路13、可调谐振网络14和带通滤波器15依次串接构成(如图4)。手动N分频器12的N值大于等于32。