[发明专利]一种跨层级联随机共振微弱信号处理方法

说明书

本发明提供了一种跨层级联随机共振微弱信号处理方法，利用级联随机共振系统和前馈控制的协同作用，在第一级系统输出信号处理中引入频域归一化叠加方法从而减小低频区域噪声干扰，提高微弱信号处理性能，在提高输出信噪比的同时，也保留了较完整的原始信号特征，跨层级联随机共振系统不仅有效提高了输出信噪比，改善系统性能，而且能够显著减少信号的失真情况。本发明最大程度保留了原始信号信息量，改善系统输出性能，归一化叠加方法使系统具有良好的滤波效果，能够同时滤除高频段和低频段的噪声干扰，大幅提升系统输出信噪比，对完全淹没在噪声中的特征信号亦能得到明显的增强输出，改善了基于随机共振系统的微弱信号检测性能。

技术领域

本发明涉及微弱信号检测领域，尤其是一种共振微弱信号处理方法。

背景技术

我国高度重视海洋开发与保护问题，将发展海洋事业作为国家发展战略，从定位海洋大国到建设海洋强国，中国海洋事业蓬勃发展，维护海洋信息安全是建设海洋强国重要举措，尤其低信噪比条件小的微弱信号处理。复杂海洋环境严重影响微弱信号处理性能，因此提升水下微弱信号处理性能对我国海洋发展具有重要的研究意义。

信号检测中传统线性处理方法主要通过抑制噪声进行微弱信号检测，如相关检测法、频谱分析法等，抑制噪声的同时会丢失部分微弱信号特征，尤其噪声和信号两者频率特征接近时，传统信号检测方法难以实现检测目的。近年来新兴的基于非线性理论信号检测方法得到广泛应用，如随机共振方法可以实现将噪声能量转变为低频信号能量，进一步突出信号幅值并提升输出信噪比，有利于提升微弱信号的处理性能。基于这一优势，随机共振的研究价值已在通信学、神经网络、电子学等电子学科和人工智能领域得到了广泛的应用，但其在理论研究与实际应用方面还存在许多难以解决的问题，尤其在低信噪比条件下的应用价值。

单层随机共振系统难以将高频噪声滤除干净，微弱信号依旧受到强噪声干扰，基于此冷永刚等人通过研究级联随机共振系统，证实级联形式可以达到逐层滤除高频噪声的目的，但也论证了级联系统级数不能无限制增加，随着级数的增加，噪声聚集的低频区域会越来越窄，总会存在一级系统将信号排斥到这一低频区域外，丢失信号部分信息量，难以提升微弱信号处理性能。因此为了增强随机共振对微弱信号的检测效果，有必要进一步研究以级联随机共振系统为基础的随机共振模型，提升随机共振系统在低信噪比下的检测性能。

综上所述，低信噪比下微弱信号检测方面还存在难以解决的问题，因此对于随机共振系统的模型研究具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种跨层级联随机共振微弱信号处理方法。本发明针对级联双稳态随机共振系统处理微弱信号时信息量逐层递减导致系统性能下降问题，提出一种跨层级联随机共振微弱信号处理方法，该系统利用级联随机共振系统和前馈控制的协同作用，在第一级系统输出信号处理中引入频域归一化叠加方法从而减小低频区域噪声干扰，提高微弱信号处理性能，在提高输出信噪比的同时，也保留了较完整的原始信号特征。跨层级联随机共振系统不仅有效提高了输出信噪比，改善系统性能，而且能够显著减少信号的失真情况，对于提升水下目标探测性能具有重要意义。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：

步骤1：4层跨层级联随机共振系统的构建设计。

构建4层跨层级联非线性双稳态随机共振系统模型，4层跨层级联双稳系统的朗之万方程为：