α稳定噪声环境下多频微弱信号检测的参数诱导随机共振现象

本文将α稳定噪声与双稳随机共振系统相结合, 研究了不同α稳定噪声环境下高低频(均为多频)微弱信号检测的参数诱导随机共振现象, 探究了α稳定噪声的特征指数α(0 < α ≤ 2)和对称参数β (-1≤ β ≤ 1)及随机共振系统参数a, b对共振输出效应的作用规律. 研究结果表明, 在不同分布的α稳定噪声环境下, 通过调节系统参数a和b均可诱导随机共振来实现多个高、低频微弱信号的检测, 且存在多个a, b参数区间均可诱导随机共振, 这些区间不随α或β的变化而变化; 在高、低频微弱信号检测中, α或β对随机共振输出效应的作用规律相同. 本研究结果将有助于α稳定噪声环境下参数诱导随机共振现象中系统参数的合理选取, 进而可为实现基于随机共振的多频微弱信号检测方法的工程应用奠定基础. 关键词： 随机共振 α稳定噪声')" href="#">α稳定噪声 多频微弱信号检测 平均信噪比增益     

乘性和加性α稳定噪声环境下的过阻尼单稳随机共振现象

本文将α稳定噪声与单稳随机共振系统相结合,研究了乘性和加性α稳定噪声环境下的过阻尼单稳随机共振现象,探究了α稳定噪声特征指数α(0α2)、对称参数β(-1β1),单稳系统参数a及乘性α稳定噪声放大系数D对共振输出效应的作用规律.研究结果表明,在不同分布的α稳定噪声环境下,在一定范围内通过调节a或D均可诱导随机共振来实现单个或多个高、低频微弱信号的检测,且a和D分别存在一个最优值可使系统产生最佳的随机共振效应;不同α或β均可对系统共振输出效应产生规律性的影响,且α或β在高、低频微弱信号检测中的作用规律相同;在研究α稳定噪声环境下单、多频单稳随机共振现象时所得结论是相同的.本研究结果可为实现α稳定噪声环境下单稳随机共振系统参数的自适应调节奠定基础.     

二值噪声激励下欠阻尼周期势系统的随机共振

研究了二值噪声和周期信号共同激励下欠阻尼周期势系统的随机共振. 利用随机能量法计算了系统的平均输入能量和平均输出信号的振幅和相位差, 讨论了二值噪声对随机共振的影响. 发现随着噪声强度的增大, 平均输入能量曲线存在一个极小值和一个极大值, 系统出现先抑制后共振的现象; 同时, 系统信噪比曲线随噪声强度的增加出现单峰现象, 说明系统存在随机共振现象.     

分数阶双稳系统中的非周期振动共振

在受二进制非周期信号和周期方波信号激励的分数阶双稳系统中,研究了非周期振动共振问题,用于微弱非周期信号的检测和增强.当非周期信号脉宽较大时,系统为小参数,通过调节周期方波信号的幅值,能够实现非周期振动共振.当非周期信号脉宽较小时,分别通过变尺度法和二次采样法实现了非周期振动共振.使用变尺度法,得到的大参数等价系统能够匹配任意小的非周期信号脉宽,其中变尺度系数是该方法在使用过程中需要选择的关键参数.使用二次采样法,二次采样后得到的非周期信号具有较大的脉宽,能够匹配原先的小参数系统,其中二次采样频率比是该方法使用过程中的关键参数.这两种方法虽然实现非周期振动共振的物理过程不同,但能够达到相同的效果.系统阶数对振动共振产生影响,随着阶数的增大,发生最佳振动共振时所需要的辅助信号幅值变大,同时系统输出的最佳时间序列与输入非周期信号之间的相似性增强.     

含记忆阻尼函数的周期势系统随机共振

研究了外部周期信号和内部噪声共同激励下,含记忆阻尼函数的周期势系统的随机共振.针对具有多稳态特征的周期势系统,推导出适用于一般多稳态模型的系统响应振幅和功率谱放大因子.研究结果表明,功率谱放大因子随温度的变化曲线出现单峰,说明含记忆阻尼函数的周期势系统存在随机共振现象,并且系统的记忆特性和稳态点数量对共振行为有着显著影响.此外,利用随机能量法进一步分析了系统的随机共振现象,发现共振效应随着记忆时间的增加先减弱再增强.在适当的温度条件下,存在最优记忆时间可以最大化外部周期力对系统所做的功.     

周期混合信号和噪声联合激励下的非对称双稳系统的随机共振

研究了周期混合信号和关联的乘性和加性噪声联合激励下的非对称双稳系统的随机共振现象.运用两态理论,给出了基频和高阶谐频信噪比的理论结果.发现对于基频和高阶谐频情形下均出现随机共振，并且高阶谐频存在抑制现象.同时研究了非对称系数和噪声强度以及噪声之间关联强度对信噪比的影响.     

α稳定噪声驱动的非对称双稳随机共振现象

以微弱周期信号激励的非对称双稳系统为模型,以信噪比增益为指标,首先针对加性和乘性α稳定噪声共同作用的随机共振现象展开了研究,然后针对单独加性α稳定噪声激励的随机共振现象进行了研究,探究了α稳定噪声特征指数α和对称参数β分别取不同值时,系统结构参数a,b,刻画双稳系统非对称性的偏度r以及α稳定噪声强度放大系数Q或D对非对称双稳系统共振输出的作用规律.研究结果表明,无论在加性和乘性α稳定噪声共同作用下还是在单独加性α稳定噪声作用下,通过调节a和b或者r均可诱导随机共振,实现微弱信号的检测,且有多个参数区间与之对应,这些区间不随α或β的变化而变化;在研究噪声诱导的随机共振现象时发现,调节噪声强度放大系数也可使系统产生随机共振现象,且达到共振状态时D的区间也不随α或β的变化而变化.这些结论为α稳定噪声环境下参数诱导随机共振中系统参数以及噪声诱导随机共振中噪声强度的合理选取提供了依据.     

具有周期信号调制噪声的线性模型的随机共振

研究了具有周期信号调制噪声的过阻尼线性系统的随机共振现象.当采用非对称的分段噪声 时，可以得到系统响应的一、二阶矩和信噪比的精确表达式.通过对信噪比的分析, 发现了 “真实的"随机共振和传统的随机共振现象，讨论了乘性噪声的非对称性、自相关时间和噪 声之间的相关强度对信噪比的影响. 关键词： 随机共振 信噪比 周期信号调制噪声 线性模型     

Levy噪声激励下的幂函数型单稳随机共振特性分析

将Levy噪声与幂函数型单稳随机共振系统相结合, 为确保实验数据的可靠性, 以平均信噪比增益为衡量指标, 针对Levy噪声激励下的随机共振现象进行了研究. 详细介绍了单稳系统势函数形式及Levy噪声的产生原理, 深入探究了不同特征指数α 和不同对称参数β 取值条件下, 单稳系统参数a和b、Levy噪声强度放大系数D对幂函数型单稳系统共振输出的作用规律. 研究结果表明, 在任意Levy噪声分布条件下, 通过对系统参数a和b的适当调整均能诱导随机共振, 完成微弱信号检测, 且有多个随机共振区间与之对应, 同时这些区间不随α 或β 的改变而改变; 此外, 在研究噪声诱导的随机共振时也发现了同样的规律, 通过调节噪声强度放大系数D也能产生随机共振, 且随机共振区间也不随α 或β 的改变而改变; 最后, 在研究系统参数a和b之间的相互作用关系时发现, 一个系统参数的随机共振取值区间会随着另一个系统参数的改变而改变. 所获得的研究结果有效解决了Levy噪声激励下幂函数型单稳随机共振系统的系统参数、噪声强度放大系数的选择问题, 为其应用于工程实践提供了可靠的理论依据.     

关联噪声驱动的非对称双稳系统的随机共振

运用统一色噪声近似理论和两态模型理论,研究了周期矩形信号和关联的乘性色噪声和加性白噪声驱动的非对称双稳系统的随机共振现象,得到了适合信号任意幅值的信噪比表达式.信噪比是乘性噪声强度、加性噪声强度、乘性噪声自关联时间、噪声耦合强度的非单调函数,所以该双稳系统中出现了随机共振.同时,调节加性噪声强度比调节乘性噪声强度更容易产生随机共振.势阱静态非对称性和噪声之间的耦合强度对信噪比的影响是不同的. 关键词： 非对称双稳系统 随机共振 信噪比 周期矩形信号     

具有时滞反馈的非对称双稳系统中的振动共振研究

研究了具有时滞反馈的非对称双稳系统中的振动共振现象. 在绝热近似条件下, 应用快慢变量分离法得到系统响应振幅的解析表达式Q, 分析了时滞参数α和不对称参数r对振动共振现象的影响. 结果表明: 在Q-α平台上, α可以诱导响应幅值的极大值以输入高频信号和低频信号的周期出现. 不对称参数并不影响共振发生的位置, 但是能够增强响应幅值. 在Q-B (B为高频信号振幅)平台上, 共振发生的位置B_VR随着α呈现两种不同的周期关系, 且周期分别为输入高频信号和低频信号的周期. 在Q-Ω (Ω高频信号频率)平台上, 随着时滞参数的增大, 当B较小时, 在Ω的小值区间内, Q呈现出多重共振现象, 在Ω的大值区间, Q趋于定值.     

大参数周期信号随机共振解析

通过调节双稳系统参数实现大参数频率范围内周期信号的随机共振, 在工程上具有重要意义. 推导了双稳系统参数的归一化变换, 利用归一化变换原理对大参数周期信号的随机共振进行了数值仿真, 阐明该原理适用于任意频率周期信号. 对大参数随机共振用电路模拟进行了实验验证, 揭示了通过调节双稳系统参数可以实现大参数频率范围内的随机共振. 分析了二次采样实现大参数周期信号随机共振的机理, 通过数值仿真与参数归一化变换方法进行了比较. 仿真结果表明, 在输入信号幅度变化的情况下, 二次采样方法易出现发散现象, 而归一化变换具有更好的稳定性与适应性.     

Stochastic resonance in a single-well system with exponential potential driven by Levy noise

Noise and potential function are vital to stochastic resonance (SR). This paper attempts to broaden the research of the SR and explore a better potential function. Based on the absolute and exponential potentials, a generalized exponential type single-well potential function is constructed. Then the characteristics of the corresponding exponential type single-well SR (ESR) system driven by Levy noise is analyzed numerically. Firstly, the effects of the characteristic index α, symmetric parameter β and noise intensity D of Levy noise on the input signal to noise ratio (SNRi) are investigated. Then, the effects of system parameters a, b, r and noise intensity D on the resonant output is explored. Finally, the ESR system is applied to the fault characteristic extraction of rolling element bearings. The simulation results show that the SR phenomenon is able to be excited by tuning the parameters a, b, r and D under different values of α and β. The larger b (or a) widens the parameter interval of a (or b) which can induce SR. The ESR system is able to solve the problem that the traditional systems fail to achieve SR due to the improper selection of parameters. In bearing fault detection, the detection effect of the ESR system is superior to the bistable SR system.     

双频信号驱动含分数阶内、外阻尼Duffing振子的振动共振

本文利用解析和数值的方法研究了由双频周期信号驱动含分数阶内、外阻尼的Duffing振子的振动共振现象,并讨论了分数阶阶数对上述现象的影响. 研究发现：双频周期信号同时驱动的分数阶Duffing振子响应幅值增益Q可随着高频周期激励幅值的改变达到最大值,即出现了和整数阶非线性动力系统相似的振动共振现象,而相应的分数阶导数项则分别为系统提供了内、外两种阻尼力从而导致了系统有效势函数的改变,进而引发了比整数阶动力系统更为丰富的振动共振现象. 关键词： 振动共振 Duffing振子 分数阶阻尼 分数阶系统     

周期矩形信号作用下时滞非对称单稳系统 的随机共振

研究了周期矩形信号对时滞非对称单稳系统随机共振的影响,系统中加入的噪声均为Gauss白噪声.得到了信噪比的解析表达式,通过分析信噪比曲线发现系统存在随机共振现象.数值结果还表明乘性与加性噪声强度对信噪比的影响是不同的,在SNR-D参数平面上共振与抑制共存.在信噪比随着时滞量变化的曲线图上发现,当系统的非对称性|r|取值很大或者乘性与加性噪声强度比D/α小于1时,参数平面上的随机共振现象会消失.     

Stochastic resonance in parabolic—bistable potential system with an additive colour noise

We propose a new model (parabolic bistable system) with a colour noise source. In the presence of periodic input signal, we investigate the output signal to-noise ratio and the power spectral density of output signal, in which the self-correlation time may be an arbitrary value with no restriction. We find that the curves of signal-to-noise ratio versus the noise intensity D exhibits a bell-shape behaviour. The peak height increases with the increasing value of amplitude A_0 of the input signal. However, the position of peak does not shift. Moreover, the signal-to-noise ratio is insensitive to the modulation frequency Ω, which completely differs from result of Ref.[6]. The power spectral density also has similar behaviour.     

Diffusion in a periodic potential with a local perturbation

We consider the diffusion of a particle at X_t in a drift field derived from a smooth potential of the formV+B, whereV is periodic andB is a bump of compact support. With no bump,B=0, the mean squared displacementE(t) E |X _t – X₀|² =D(V)t +C +O(e ^–t ),>0, in any dimension. WhenB0, we establish in one dimension the asymptotic expansion , 0, ast. Our analysis relies on the Nash estimates developed in previous work for the transition density of the process and their consequences for the analytic structure,of the Laplace transform ofE(t).