基于尺度变换随机共振的瞬变电磁弱信号检测
基于频率调制随机共振的弱周期信号检测

( .襄樊学院机械工程 系, 1 湖北襄樊 4 15 ; .襄樊学院物 电系, 40 3 2 湖北襄樊 4 15 ) 40 3
摘 要: 将调 制技 术与随机共振原理相结合 , 出用频率调制 随机共 振的方法 , 提 实现 在大参数 情况下从 强噪声 中检 测微 弱周期信号 , 并对随机共振技术运 用于强 噪声背 景下 的弱信 号检 测进行 研究 。分 析调 频信号 的频谱 , 发
c p u e. a tr
Ke r y wo ds: i r to n v vb ain a d wa e;so h si e o a c tc a t r s n n e;fe ue c d lto c r q n y mo u ain;we k sg a e e to a in ld tc in
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基于频率调制随机共振的弱周期信号检、 ? 贝 4
文章编号 :0 6—15 ( 0 8 0 10 3 5 20 ) 3—0 1 0 0 7— 4
1 7
基 于 频 率 调 制 随 机 共 振 的 弱周 期信 号 检 测
张 良斌 张 良英 ,
t e u t ndc t h tc a tc r s n n e i a i e e ae he r s lsi ia e t e so h si e o a c s e sl g n r td whe h o fe u nc i n la t n t e y n t e l w r q e y sg a cso h b sa l y tm. Th t o ke h h r ce itc f we k f u tsg l t e o vo s a d e sl o it b e s se e me h d ma s t e c a a t rsis o a a l ina o b b iu n a iy t
基于随机共振的不同非线性系统的微弱信号检测性能分析

文章 采用 Maa tb中的 Sm lk工具进行 仿 真 , l iun i 比较 分析 了常用 的一 维双稳 Lnei agv n系统 和
二 维双稳 D fn uf g系统在 不 同信噪 比条件 下对微 弱信 号 的检 测性 能 。 i
关 键词 随机 共振 Ln ei agv n系统 D fn uf g系统 i 仿 真 比较
Sn e s h t eo a c s a sr o y a is p e o n n o o l e rss m( ige s a y ic t a i rsn n e i ot fd n m c h n me o fn ni a yt c o s c n e s l t d 、 n e
(c ol f l t n n ne n , E T f h a hnd 0 4 C ia S ho o e r i E er g U S C o i ,C egu6 05 ,hn ) E co c i Cn 1
Absr c :T e so h si e o a c p le o t e we k sg a ee to rb e u d rsrn os t a t h tc atc r sn n e a pis t h a in ld tcin p lm n e t g n ie o o b c go n r m h a i rn il f so h tc r s n n e i n y e d su id i h s p p r a k r u d fo t e b c p cp e o tc a i e o a c s a a z d a t de n ti a e 、 s i s l n
tm ,b c u e o e dfee c fisn ni e rsr cu e,t ep r r n e o e e a s ft i r n e o t o l a tu t r h f ma c fwe k sg a ee to s h n e o a i l d tcin i n l o d f r t n t sp p r h i l o lo t sa o td t a r u i l t as i e n .I i a e ,te Smu ik to fMalb i d p e o c ryo tte smu ain,t e e h n a h o h p r r e o a in ee to t e h o e o ma c fwe sg a d tcin b we n te c mmo l e n dme so a itbl a g vn f k l e n y usd u i i n in b sa e L n e i l sse a d t . i n in itb e Dufn y tm s c mp rd wih u d rt e dfe n i a-o y tm n wo d me so a b sa l f g s se i o a e t n e h i r tsg l t— l i fe n n ie rto c n iin. os ai o d t o
随机共振与微弱信号检测

随机共振与微弱信号相结合
目前在微弱信号检测技术中,无论是电路设计还是 信号处理领域,国内外都已形成了相当完整的学科体系 ,但其目标都是集中在抑制噪声这一点上。因此,当噪 声频谱与信号频谱接近时,在抑制噪声的同时,有用信 号也不可避免地受到损害;然而,随机共振理论存在解 决上述问题的可能。 随机共振理论指出,当有噪声的系统发生随机共振 时,部分噪声能量会转化为有用信号的能量,从而使系 统输出信噪比大大提高,即给特定系统加入一定强度的噪 声,不但不会阻碍反而会提高信号检测的性能。
随机共振与微弱信号检测
测试计量技术与仪器 李群
随机共振理论的发现
随机共振理论最初是由意大利学者提出来的, 用来解释远古气象中气候冷暖气候交替出现的现象 。 1983年,Fauve等人在施密特触发器的实验中 首次观察到了随机共振现象。 1988年,等人在双稳态激发其中观察到了随 机共振现象。在实验中,信号强度不变,噪声强度 由小变大,即可观察到随机共振现象。 此后随机共振才引起越来越多人的关注。
随机共振模型
经典随机共振模型如图。
信号S(t) 噪声ζ(t)
信号处理单元 (非线性系统)
随机共振的一般结构图
输出X(t)
随机共振可用朗之万方程描述
x' U(x)'S(t ) ζ (t)
势函数
U( x) aX2 bX 4
经过随机共振处理后的仿真图
信号、噪声和非线性系统共同作用后
瞬变电磁资料中弱信号的提取

右 , 目前 的主采煤层 , 目的是查 明 3号煤层 和 6号煤 层在住 是 其 瞬变电磁 法在野外 施工 时最忌 讳 阴雨 、 电及 工业 电干扰 , 宅 楼位置的采空情况及提出处理方案 。 雷 但是野外施工条 件千 变万 化 , 时就 要求 必 须在 这种 条 件下 施 有 在施 工过 程中 , 矿并 没有给 人们 带来 多大 的帮助 , 在开 煤 正 工, 这时采集 的资料 自然不好 , 要得到好 的成果 , 主要看 怎么处理 采 的煤矿仍然 在供 电 , 瞬变 电磁信 号受 到 了强 烈 的干扰 , 由于该 资料 。 区域 为沉 积岩地层 , 以选择 了对 比法处理该 区域 的资料 。 所 下面是在 比较 区和 工作 区 采取 原 始资 料对 比见 图 1 图 2 , 。 1在 远离干扰 的地方先做 背景噪声观察 , 对 比分析此时采 在资料 的处理过程 中 , ) 并 充分参考 了试验 区瞬变 电磁 信号 的衰减 特 集 的衰变 曲线 , 如果衰变 曲线 正常并 重复 性 比较 好 , 则对 每个测 性, 对工作区资料数据 均进行 了滤波处 理 , 根据最 后的处理结果 , 道 的信号求平 均值 。 取得 了非常 良好 的效果 。
瞬 变 电磁 资料 中 弱信 号 的 提 取
赛彦
摘 要 : 介绍 了用 比较 法进行 瞬变 电磁 资料 抑制 强干扰、 取弱信号 的一种方法 , 方法 多次用 于煤 层采空 区勘探工 作 提 该 中, 实践证 明具 有 良好 的效果 , 具有非常广泛 的应用前景。
关键 词 : 变 电磁 , 信 号 , 瞬 弱 电磁 干扰 , 作 效 率 工
区信号越差越乱 , k值应越接近于 1 。
基于随机共振方法的微弱信号检测技术研究

基于随机共振方法的微弱信号检测技术研究基于随机共振方法的微弱信号检测技术研究摘要:随着科技的不断进步,微弱信号的检测在许多领域中扮演着重要角色,如地震监测、生物医学和通信等。
然而,由于环境噪声和信号衰减等因素的影响,微弱信号的检测一直是一个挑战。
基于随机共振方法的微弱信号检测技术通过引入外部随机激励,突破了传统检测方法的限制,具有较高的检测灵敏度和抗干扰能力。
本文将探讨基于随机共振方法的微弱信号检测技术的原理及其在不同领域中的应用。
一、引言微弱信号是指信号强度较低,很难被传统方法直接检测到的信号。
传统的微弱信号检测方法包括滤波器、放大器和相关器等,然而这些方法往往受到环境噪声和信号衰减的影响,很难实现高灵敏度的检测。
为了解决这个问题,科学家们提出了基于随机共振方法的微弱信号检测技术。
二、基于随机共振方法的原理随机共振方法是一种利用特定的随机信号激励来提高系统响应和信号检测灵敏度的方法。
它通过引入随机激励,增加系统激励和响应之间的非线性关系,从而使系统能够对微弱信号作出更大的响应。
其原理主要包括两个方面:非线性耦合和共振增强。
1. 非线性耦合在传统的线性系统中,输入信号和系统响应呈线性关系,无法对微弱信号进行有效检测。
而随机共振方法通过引入非线性耦合,即将系统中的非线性元件与线性元件耦合在一起,使系统呈现非线性响应。
这种非线性耦合可以使系统对微弱信号具有较高的响应灵敏度。
2. 共振增强共振是一种系统在特定频率下的自由振动现象,当系统的固有频率与输入信号的频率相匹配时,系统的响应会显著增强。
基于随机共振方法的微弱信号检测技术通过调节激励信号的频率和振幅,使系统处于共振状态,从而实现对微弱信号的增强和检测。
三、基于随机共振方法的应用基于随机共振方法的微弱信号检测技术在许多领域中都有广泛应用。
1. 地震监测地震是一种地壳运动的表现,对地震进行及时监测和预警对于减少地震灾害具有重要意义。
基于随机共振方法的微弱信号检测技术可以提高地震监测仪器的灵敏度,检测到更多微小地震信号,为地震预警提供更准确的信息。
尺度变换用于随机共振的微弱周期信号检测

21 0 0印 1 月 0
尺 度 变 换 用 于 随 机 共 振 的 微 弱 周 期 信 号 检 测
王 国 富 ,欧 阳 缮 ,张 海 如 ,张 法 全 ,叶 金 才
( 林 电 子科 技 大 学 认 知 无 线 电与 信 息 处 理教 育 部 重 点 实验 室 , 西 桂 林 桂 广 510) 4 0 4
S a e t a f r a i n f r d t c i a e i di i n lo t c s i e o a c c l r ns o m to o e e tng we k p r o c sg a f s o ha tc r s n n e
W a g Gu f n ou,Ou Ya g S a ,Z a g Har n h n h n iu,Z a g F q a YeJn a h n a u n, ie i
除 r随 机 共 振 系 统 对 待 测 信 频 率 的 限制 , 现 了 在绝 热 近 似 理 论 下 , 实 待测 口标 信 号 为 大 参 数 、 频 率 且 频 率 分量 多 的 分 布 未知 的 条件 下 , 强 噪 声 l 提 取 弱 口标 信 的 频谱 。 理论 分析 羽 仿 真 结 果 表 明 : 埋 在 噪 声 I 的 未 知 频 率 , 从 I 1 l 对 l 1 采 用 连 续 的压 缩 或 展 宽 算 法 , 以获 得 一 个 适 当 的 输 入 信 号 到 随 机 共 振 体 系 , 据 输 f 信 号共 振 谐 振 峰 的 变 化 经 反 根 I .
G i nvr t f l t n eh o g , u i 5 10 , h a u i U i syo e r i T c n l y G in 4 0 4 C i ) l n ei E co c o l n
基于小波变换和随机共振的微弱信号检测方法_林敏

第19卷 第3期2006年6月传感技术学报CHINESE JO URNAL OF S ENSO RS AND ACTU ATORSVol.19 No.3Jun.2006S tu dy of W eak Signal Detection Based on W av elet T ransformation and S tochastic Resonan ceL I N M in 1,X I AO Yan -p ing 2,ZH A O J un11.College of M etr ology T ech nology and E ngineer ing ,Ch ina J iliang Univ er sity ,H angZh ou 310018,China;2.De par tme nt of comp ute r scie nce and te chnolog y ,Zhe j iang Unive rsity City College ,H ang Zhou 310015,China)Abstract:The method of w eak signal detection based on w avelet transform ation and stochastic resonance is presented,accor ding to the noise alternative and frequency sensitiv ity of the stochastic resonance.T he in -put including noise w as decomposed by mult-i scale w av elets transfor m,and each scale signal w as adjusted by the different scale contraction factor,then the decom po sed signal w as used as the input of the bistable system s,w e examined the effect of each scale frequency signal operated by the contraction factor on SNR of o utput in the system.The result of the simulatio n sho wed that the equal scale contraction factor can im -prov e the SNR of the system effectiv ely.Key words:wavelet transformation;stochastic resonance;w eak signal detection;sig nal to noise ratio(SNR)EEACC :6140基于小波变换和随机共振的微弱信号检测方法林 敏1,肖艳萍2,赵 军1(1.中国计量学院计量技术工程学院,杭州310018;2.浙江大学城市学院计算机系,杭州310015)收稿日期:2005-08-01基金项目:浙江省自然科学基金项目资助(Y104338);浙江省科技计划项目资助(2004C31032)作者简介:林 敏(1962-),男,副教授,硕士,从事测控技术及仪器方向研究,linm@ 。
基于随机共振技术的微弱信号检测方法

基于随机共振技术的微弱信号检测方法1. 绪论:介绍微弱信号检测的现状及其重要性,提出随机共振技术的背景、意义和历史演变。
2. 随机共振技术及其原理:阐述随机共振技术的物理原理及其在微弱信号检测中的应用,详细描述其特点、优点和缺点。
3. 随机共振技术在微弱信号检测中的应用:讨论随机共振技术在不同领域中的应用,比如生物医学、天文学和化学等领域,重点描述其检测方法、实验结果及其局限性。
4. 随机共振技术的优化和改进:探讨如何优化和改进随机共振技术,提高其灵敏度和稳定性,包括噪声预处理、信号处理和系统改进等方面。
5. 结论:总结随机共振技术在微弱信号检测中的应用和发展现状,提出未来的研究方向和展望。
同时,指出该技术的优势和局限性,为实际应用提供参考意见。
随着科技的不断发展,微弱信号检测技术在研究和应用领域中变得越来越重要。
微弱信号检测技术被广泛应用于医学、环境监测、航空航天等领域,如肿瘤早期检测、空气和水质量检测、火箭发动机性能监测等。
但是,微弱信号的检测常常面临信噪比低的问题,因此需要创新性的、高敏感度的检测方法。
其中一种被广泛研究的方法是随机共振技术。
随机共振技术是一种基于对微弱信号的非线性响应,利用外部随机噪声“刺激”系统,使系统在临界点上产生共振,从而有效地增加信号的噪声比。
这种技术不仅具有很高的敏感度,而且能够在较大的动态范围内检测微弱信号。
因此,随机共振技术成为了微弱信号检测领域的研究热点之一。
随机共振技术的发展历程可以追溯到上世纪70年代。
当时,物理学家发现在单摆系统和模拟电路中引入外部随机噪声可以激发系统的棕褐噪声,从而使系统产生非线性共振响应。
之后,该技术被逐渐应用于很多领域,例如生物医学、天文学和化学等。
实践证明,随机共振技术是一种比较有效的微弱信号检测方法,可以有效地提高信噪比。
自随机共振技术被提出以来,不断有研究者在其基础上进行改进和优化,并提出了不同的算法和模型。
例如一些研究者将自适应随机共振技术应用于人体黑色素瘤的检测中;还有一些研究者将随机共振技术和谱分析方法相结合,应用于噪声信号的分析和特征提取中。
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地 球 物 理 学 报
CH I N E S E J OUR NA L O F G E O P HY S I C S
V o l . 5 4,N o . 7 , J u l . 2 0 1 1
王国富 , 张海如 , 张法全等 . 基于尺度变换随机共振的瞬变电磁弱信号检测 . 地球物理学报, : : 2 0 1 1, 5 4( 7) 1 9 2 8~1 9 3 4, D O I 1 0. / 3 9 6 9 . i s s n . 0 0 0 1 5 7 3 3. 2 0 1 1. 0 7. 0 2 7 j W a n h a n h a n ta l .S c a l et r a n s f o r m a t i o nf o rd e t e c t i n r a n s i e n te l e c t r o m a n e t i cw e a ks i n a lo f gG F,Z g H R,Z g F Q,e gt g g ) , , ( ) : , : / . i s s n . 0 0 0 1 5 7 3 3 . 2 0 1 1 . 0 7 . 0 2 7 s t o c h a s t i c r e s o n a n c e . 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲 犑. 犌 犲 狅 犺 狊 .( i nC h i n e s e 2 0 1 1 5 4 7 1 9 2 8 1 9 3 4 D O I 1 0 . 3 9 6 9 ~ j法 具 有 快 速 探 测 能 力 、 较好的空间分 辨率等优点 , 近年来 被 广 泛 用 于 矿 产 勘 查 和 水 文 环 该 探 测 方 法 的 原 理 是: 瞬变电 . 受到各个地层中不同 磁波在向地下传播 的 过 程 中 , 境探测等 领 域 介质的衰减 , 不同介 质 对 不 同 频 率 的 瞬 变 电 磁 波 衰 减值是不同的 . 因此 , 只要提取出回波信号中对应于 不同物质的晚期瞬 变 电 磁 信 号 的 特 征 频 谱 , 就可反 但是瞬变电磁检测接收机采 演出地层中不同物 质 . 集到的晚期信号是 相 当 微 弱 的 , 目前的晚期瞬变电 磁信号检测大多采 用 波 形 叠 加 的 方 法 . 这种方法对 晚期瞬变电磁信号 的 频 率 有 较 多 限 制 , 在信噪比较 高的强噪声背景下 , 难以提取出目标信号 , 这就降低 传统的瞬变 了瞬变电磁设备的 探 测 深 度 和 准 确 率 . 电磁检测方法需要接收几十个甚至更多周期的原始 信号 进 行 多 点 平 均 和 信 号 叠 加 这也加大了仪器设计的难度 . 随机 共 振 系 统 是 用 于 弱 信 号 检 测 的 方 法 之
基金项目 国家重点基础研究发展计划 ( ( ) , 国家自然科学基金项目 ( ) 资助 . 9 7 3 计划 ) 2 0 0 8 C B 3 1 7 1 0 9 6 0 9 7 2 0 8 4 作者简介 王国富 , 男, 获学士 学 位 , 获 博 士 学 位, 副 教 授, 主要 1 9 7 7 年生 , 2 0 0 2 年毕业于武汉理工大学 , 2 0 0 7年毕业于 中 国 科 学 院 研 究 生 院, : 从事地球物理电磁法理论及应用研究 . E m a i l f w a n u e t . e d u . c n @g g g
基于尺度变换随机共振的瞬变电磁弱信号检测
王国富 , 张海如 , 张法全 , 叶金才
桂林电子科技大学认知无线电与信息处理教育部重点实验室 , 桂林 5 4 1 0 0 4
摘 要 晚期瞬变电磁信号是大参数 、 多频率 、 且各频率分量未知的电磁信号 , 特别在晚期还是强噪声背景下的微 随机共振系统可以在极限信噪比的情况下提取微弱信号 , 但仅适用于小 参 数 、 单一频率或频率已知的高频 弱信号 . 为此 , 本文提出一种基于尺度变换的随机共振算法用于检测晚期瞬 变 电 磁 信 号 , 该方法充分利用了随 信号的情况 . 机共振检测弱信号的优势 , 通过引入尺度变换 , 消除 了 随 机 共 振 系 统 对 待 测 信 号 频 率 的 限 制 , 在 绝 热 近 似 理 论 下, 实现了从强噪声中提取出微弱晚期瞬变电磁目标信 号 . 理 论 分 析 和 仿 真 结 果 表 明: 对埋在强噪声中的未知频率的 采用连续的压缩算法 , 以获得一个适当的输入信号到随机共 振 体 系 , 根据输出信号共振谐振峰 晚期瞬变电磁信号 , 的变化 , 经反变换运算可得待测弱晚期瞬变电磁信号 的 各 个 未 知 频 率 , 各个频率的叠加即可还原晚期瞬变电磁信 与传统方法相比 , 本方法数据 采 集 量 和 采 集 时 间 都 减 小 到 原 来 的 几 十 分 之 一 , 能在极限信噪比( 信 噪 比 -5 号. 0 下, 提取出目标信号 , 为获得深层目标信号提供了可能 , 从而提高了瞬变电磁探测仪器的探测深度和探测精度 . d B) 关键词 随机共振 , 尺度变换 , 瞬变电磁 , 弱信号检测 : / . i s s n . 0 0 0 1 5 7 3 3 . 2 0 1 1 . 0 7 . 0 2 7 D O I 1 0 . 3 9 6 9 j 中图分类号 P 6 3 1 收稿日期 2 , 0 1 0 0 6 0 7 2 0 1 1 0 6 1 6收修定稿
,m 犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋 r a n s i e n tE l e c t r o m a n e t i c( T EM) s i n a l i sal a r e a r a m e t e r u l t i f r e u e n c i n a l T g g g p q ys g , w i t hu n k n o w n f r e u e n c w h i c h i sw e a ku n d e rh e a v o i s e i n t h e l a t e s t a e . S t o c h a s t i c r e s o n a n c e q y yn g ( , S R) c a no n l ea l i e dt os m a l l a r a m e t e r s l o w f r e u e n c r t h ek n o w nh i h f r e u e n c i n a l yb p p p q yo g q ys g d e t e c t i o n . T os o l v e t h i sp r o b l e m, as c a l e t r a n s f o r m a t i o nf o rd e t e c t i n EM w e a kp e r i o d i cs i n a l gT g o fS Rm e t h o di sp r e s e n t e di nt h i sp a e r .T h em e t h o di sb e n e f i t e df r o mS Rf o rd e t e c t i n e a k p gw s i n a l s . T h e f r e u e n c l i m i to fS Ri se l i m i n a t e db n t r o d u c i n c a l et r a n s f o r m a t i o n.T h eT EM g q y yi gs w e a ks i n a li sd e t e c t e df r o mh e a v o i s eu n d e rt h ec o n d i t i o no fa d i a b a t i ca r o x i m a t i o n . g yn p p , od e a lw i t ht h eu n k n o w nT EM s i n a l T h e o r e t i c a l a n a l s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t t g y , m i x e dw i t hh e a v o i s e t h ef r e u e n c f i n u ts i n a l i sc o m r e s s e dc o n t i n u o u s l oa c h i e v ea yn q yo p g p yt s u i t a b l ef r e u e n c o ri n u t t i n os t o c h a s t i cr e s o n a n c es s t e m.A c c o r d i n ot h ec h a n eo f q yf p gt y gt g , t h eu n k n o w nT EM f r e u e n c i e sc a nb eo b t a i n e df r o ms i n a lw i t h r e s o n a n c es e c t r a lp e a kv a l u e q g p , t h ed a t ac o l l e c t i o na n dt h e i n v e r s et r a n s f o r ma l o r i t h m.C o m a r e dw i t ht r a d i t i o n a lm e t h o d s g p
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