微弱数字调制信号的非线性随机共振检测方法研究

作     者：李特 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘高辉;柏山民

授予年度：2016年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070104[理学-应用数学] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0701[理学-数学] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：随机共振 双稳态系统 四阶龙格-库塔算法 α稳定噪声 信噪比增益 

摘      要：传统的观点认为噪声是有碍信号传输的,因此大部分微弱信号检测方法都是以抑制噪声为主,但不可避免会在抑制噪声的同时损害有用信号,而随机共振的出现改变了这一观点,随机共振方法是利用噪声、信号和非线性系统三者的协同作用将部分噪声的能量转换到有用信号中去,从而增强有用信号。而目前有关随机共振信号检测方法的研究都是以周期正弦信号或者二进制基带信号为主,而针对数字调制信号驱动下的随机共振研究还比较缺乏,所以本文是主要围绕相移键控信号的双稳随机共振检测方法来展开研究的,主要完成的工作有:首先,阐述了非线性随机共振的基本原理,介绍了随机共振的经典绝热近似理论和三种大参数条件下实现随机共振的方法,并给出了随机共振系统的测度指标,通过对双稳随机共振系统势函数的分析解释了随机共振产生的原因,并针对系统的朗之万方程给出了具体的求解算法,又分别以正弦信号和脉冲幅度调制信号作为随机共振系统的输入来进行仿真实验,研究发现通过调节噪声或者系统参数都可产生随机共振现象,实现最佳系统输出,可将淹没在噪声中的输入信号检测出来。其次,构建了二进制相移键控信号的双稳态随机共振提取模型,对淹没在高斯噪声中的输入信号运用系统参数调节方法来实现随机共振现象,从而得到有利于检测的系统输出,发现了通过调节系统参数可以实现对输入信号的有效增强,且存在着最佳随机共振点。接着,探究了α稳定分布的特点,并将α稳定分布噪声和BPSK信号作为双稳随机共振系统的输入信号,构建了α稳定噪声和BPSK信号共同作用下的随机共振信号检测模型,运用四阶龙格-库塔算法进行了系统方程求解,以系统输出信噪比增益为检测指标来探究α稳定噪声指数和系统参数共同作用下的双稳系统共振输出规律。最终,仿真结果表明:通过调节系统参数可以实现随机共振现象来增强输入的BPSK信号;系统参数a和b以及噪声参数都存在着最优值,可以使随机共振的增强作用最大,从而可将BPSK信号从噪声中检测出来。