[发明专利]一种可调参数的随机共振模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及信号检测与处理技术领域，尤其涉及一种可调参数的随机共振模拟系统。

背景技术

随着科技的不断发展，信号检测与处理技术逐步形成和得到了发展。现在，信号检测与处理技术已经成为了现代化信息理论的一个重要环节。社会的不断发展，科学技术的不断创新，也就更加需要先进的信号检测和处理技术。在测量、电子、通信、控制等领域，线性和非线性系统的噪声被认为是一种多余且具有干扰的因素。传统的检测与处理技术都是要求最大可能的抑制噪声的产生，这也会导致在抑制噪声的同时，也会使一些信号受到了不同程度的影响，更有可能使一些与噪声频率相近的微弱信号无法得到检测。在此背景下，人们发现有些特殊的非线性系统中，噪声也有着有利于信号检测的作用，所以也就诞生了利用非线性理论在强噪声背景下检测微弱信号的设想。

在1981年，邦齐和他的团队在研究第四纪冰川问题时，巧合的发现地球的暖气候期和冰川期与地球绕太阳转动的偏心率变化周期是一样的。在非线性条件下，加入对周期微弱的刺激后，地球的气候发生了明显的改变，当随机噪声到达某一值时，地球的气候就会发生暖期和冰川期的巨大转变。随即他们提出了进行微弱信号检测的随机共振理论。

随机共振理论被运用到很多不同机理的系统当中去，但这些系统都有一个共同的特点，那就是为了在一个最好的电平作用下，使整个系统中的信号、噪声、非线性达到一个最佳的匹配状态，这也就是我们所谓的随机共振现象。而从信号处理的角度来说，在非线性系统中，当输入噪声信号的时候，以最佳的物理量来衡量系统特性，通过调节输入噪音强度或系统参数，使系统特性达到一个最大值，这个时候，我们就把信号、噪音、非线性随机系统产生的协同作用称之为随机共振。

噪声是一个信号也是一种能量，它不仅仅可以扰乱我们的信号，也可以增强我们的信号。在非线性系统中出现随机共振现象时，有一部分的噪声成为了有用信号的帮手，可以提高整个系统的输出信噪比，所以噪声是可以提高整个系统的检测处理信号的能力。

随机共振理论能够涉及的领域是非常广泛的，在很多的系统中都可以找到随机共振现象的出现。比如说有光学系统、电磁系统视觉图像与听觉识别等等领域。这些都可以证明随机共振在非线性系统中是一个非常普遍的现象，所以说随机共振理论是一个很值得研究与发展的方向。

例如，在视觉图像领域，随机共振有着许多的研究发现。Ditzinger在三维立体画视觉实验中发现了噪声有着能够帮助人们测度和感觉立体图形距离的作用。而在听觉识别中随机共振也有着很多的应用。比如说随机共振原理已经用于了耳蜗助听器的研发当中，Morse团队利用随机共振的原理去刺激神经来设计结构，向耳蜗元音中加入了噪声因素，可以提高耳蜗助听器输出信号的频率的检测作用，加强了语言信息时间的表象。

在机械故障诊断的领域，胡茑庆教授在转子系统碰摩故障微信号检测中就应用了随机共振理论，并且取得了很好的效果。在滚动轴发生故障的时候，故障部位就会出现滚子和滚道的周期性的冲击，所以需要判断振动信号中轴承故障特征频率振动分量是否是存在的。但是因为受到了各种噪声和干扰信号的信号，传统的方法是很难检测出这种微弱的故障信号的，此时可调参数随机共振的方法无疑是解决微弱信号检测的最佳办法。

在不同的应用领域里，随机共振系统已经有了很多的设计，但在之前很多的随机共振系统的数值仿真中，它对步长有着很高的要求，如果步长太长，数值的仿真就会发散开来，导致准确度下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可调参数的随机共振模拟系统，无需考虑步长，在实现信号去噪功能的前提下完成对随机共振参数的优化。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种可调参数的随机共振模拟系统，包括控制部分和模拟部分；

所述控制部分用于在预设范围内随机产生系统所需的随机共振参数，并将所述随机共振参数输入所述模拟部分；

所述模拟部分用于根据所述随机共振参数对待测信号进行去噪，并根据去噪结果确定所述随机共振参数的最优取值。

优选地，所述控制部分包括ARM微处理器和数字电位器，所述ARM微处理器与所述数字电位器电连接；

所述ARM微处理器用于在预设范围内随机生成各个待优化的随机共振参数的取值及其组合，所述数字电位器用于根据所述取值及其组合调节输入到所述模拟部分中的电位值。

优选地，所述ARM微处理器与所述数字电位器之间通过串行外围设备接口进行数据传输。