[发明专利]一种基于欠阻尼双稳系统振动共振的微弱信号检测方法

说明书

本发明公开了一种基于欠阻尼双稳系统振动共振的微弱信号检测方法，与传统双稳系统随机共振方法相比，使用高频周期信号代替噪声，因此更加容易实现、且效率更高、波形更加规律与光滑，因而有利于后续的微弱信号检测与提取；另外本发明提供了一种欠阻尼双稳系统振动共振系统电路结构模型，其中具有两个双稳势阱可调参数和一个可调阻尼系数参数，而传统的随机共振采用的双稳势阱只有两个参数；双稳态欠阻尼振动共振模型通过改变系统参数和阻尼系数，使得双稳势阱的势阱深度与宽度更加容易调节，进而使得输入信号与非线性系统势阱之间能够更好的匹配，具有更高的微弱信号检测能力。

技术领域

本发明属于微弱信号检测技术领域，具体涉及一种基于欠阻尼双稳系统振动共振的微弱信号检测方法。

背景技术

随机共振与振动共振是现代统计物理与非线性动力学的交叉研究方向，其中随机共振通过噪声、微弱信号与非线性系统的协同作用实现微弱信号的放大与提取，振动共振则是通过引入高频信号改变非线性系统的稳态点，进而使得高频信号、微弱信号与非线性系统的协同作用，即振动共振同样可实现微弱信号的放大与提取，随机共振与振动共振利用非线性系统的能量转换机制将非微弱信号能量转化为微弱信号能量的特殊性质可用于微弱信号的检测与提取，所涉及的检测原理与传统微弱信号检测原理完全不同，是当前微弱信号检测研究的热点之一。

基于随机共振原理的微弱信号检测方法,其主要工作原理为在一定条件下将噪声的能量转化为微弱信号的能量，进而实现微弱信号的检测与提取。需要指出的是，由于噪声的随机性，微弱信号检测过程中需要进行统计平均，换而言之，此方法效率与单次检测成功率都不高。此外，随机共振对噪声的强度以及频带都具有较高的要求，同时与周期信号相比，噪声更难产生与控制，而振动共振由于使用高频周期信号替代噪声则可以很好的控制与调节系统，获得更大的响应幅值，进而实现更好的微弱信号检测与提取效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于欠阻尼双稳系统振动共振的微弱信号检测方法，解决了由于使用噪声作为激励信号导致的系统不稳定的技术问题，达到了系统输出噪声更小，波形更加规律与平滑，此外，不需要进行统计平均，微弱信号的检测效率更高的技术效果；

为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于欠阻尼双稳系统振动共振的微弱信号检测方法，包括以下步骤：

S1：构建欠阻尼双稳系统振动共振物理模型；

S2：设计欠阻尼双稳系统振动共振模型对应的模拟电子电路原理图，产生高频周期信号、微弱信号和双稳态系统，选定合适的模型参数；

S3：搭建物理模型对应的模拟电子电路，将高频周期信号与微弱周期信号输入欠阻尼振动共振模型对应的模拟电子电路系统中，采用响应幅值作为指标对欠阻尼振动共振模型进行适当调整，其中响应幅值体现系统输出的微弱信号较输入系统微弱信号的强度变化；

S4：采用最优的欠阻尼双稳系统振动共振模型对后续的微弱信号进行处理，检测并提取微弱信号；

优选的，所述S1中所述的欠阻尼双稳系统振动共振模型可用以下方程进行描述：

式中，γ为无量纲的阻尼系数；Bsin(Ωt)为高频周期信号；Asin(ωt)为微弱信号；为双稳态势阱的一阶导数，V(x)的表达式为

式中，a，b是双稳态势阱参数，通过调整a，b的值，可获得不同势阱深度和宽度的双稳系统势阱；

优选的，所述S2中涉及欠阻尼双稳系统振动共振的模拟电子电路原理图设计主要使用到的有积分器、反相放大器、模拟乘法器，根据欠阻尼双稳系统振动共振模型对应的方程设计原理图；

欠阻尼双稳系统振动共振模型对应的模拟电子电路实验方程为：