本發(fā)明專利技術公開了一種用于信息檢測的級聯(lián)程控頻率隨機共振方波檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由ｎ個單級程控頻率隨機共振系統(tǒng)依次串聯(lián)相接構成，每級程控頻率隨機共振系統(tǒng)都是由相對應的頻率變距模塊、雙穩(wěn)模擬電路信號判斷模塊和頻率復距模塊組成。由傳感器實測原始數(shù)據(jù)先依次輸入至第一級程控頻率隨機共振系統(tǒng)、頻率變距模塊、雙穩(wěn)電路和信號判斷模塊。根據(jù)信號判斷模塊中的波形判斷條件，或者輸入至第一個頻率復距模塊，到達監(jiān)視器７終止；或者繼續(xù)輸入至第二級程控頻率隨機共振系統(tǒng)中的頻率變距模塊、雙穩(wěn)電路、信號判斷模塊，……，依次類推。直至來自于實測的數(shù)據(jù)信號經(jīng)第ｎ級程控頻率隨機共振系統(tǒng)后進入第ｎ個頻率復距模塊輸出至監(jiān)視器終止。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于檢測技術與信號處理，具體涉及利用級聯(lián)程控頻率隨機共振技術對方波 信號進行檢測的技術。
技術介紹
雙穩(wěn)系統(tǒng)是指具有兩個不同穩(wěn)定狀態(tài)的系統(tǒng)，系統(tǒng)處于哪一個穩(wěn)定狀態(tài)由其初始條 件來決定。雙穩(wěn)系統(tǒng)的隨機共振技術起源于上世紀八十年代初，在信號處理的增強放大、 檢測識別、傳輸還原等方面有著獨特的優(yōu)勢，已普遍應用于多學科中。近年來隨機共振 技術廣泛應用于故障診斷、圖象處理、目標跟蹤等工程方面。在小參數(shù)條件下通過輸入信號、噪聲和雙穩(wěn)系統(tǒng)三者協(xié)調作用可以產(chǎn)生隨機共振現(xiàn) 象。其原因在于雙穩(wěn)系統(tǒng)改變了均勻分布的白噪聲頻譜結構，使得大部分噪聲能量集中 于低頻區(qū)域，形成羅倫茲(Lorentz)分布的響應譜特征。當輸入信號的頻率位于噪聲 能量集中的低頻區(qū)域，就會使輸入信號被適量的噪聲選擇而產(chǎn)生隨機共振現(xiàn)象。 一旦輸 入信號的頻率離開噪聲能量集中的低頻區(qū)域，那么隨機共振現(xiàn)象會迅速弱化消失，而增 大噪聲強度雖然可以擴展低頻能量區(qū)域，但這種擴展不僅非常有限，而且很難重新選擇 到信號使之達到隨機共振。因此相對而言，隨機共振對輸入信號的頻率更敏感一些。由 于隨機共振理論研究的是小參數(shù)信號，即信號的幅度和頻率以及噪聲的強度都是小參 數(shù)，因此當面對大強度的噪聲或大頻率的信號時，特別是含有多個頻率成分的大頻率信 號，小參數(shù)的隨機共振理論將失效而無法使用。因此，如何利用隨機共振技術不失真地 檢測出大頻率、多成分的弱方波(以下簡稱方波，不是指非周期方波)信號，并能將此 信號進行后續(xù)分析應用是攻破此項技術的難點所在，也對在強噪聲背景下的方波信號檢 測分析具有很強的實用價值。因此，如何利用隨機共振技術不失真地檢測出大頻率、多成分的弱方波信號，并能 將此信號進行后續(xù)分析應用是攻破此項技術的難點所在，也對在強噪聲背景下的方波信 號檢測分析具有很強的實用價值和指導意義。
技術實現(xiàn)思路
針對上述問題，本專利技術的目的是將級聯(lián)雙穩(wěn)系統(tǒng)和程控頻率隨機共振技術相結合， 為弱方波信號檢測提供-種級聯(lián)程控頻率隨機共振方波檢測系統(tǒng)。以下結合附圖對本專利技術的技術結構進行說明。級聯(lián)程控頻率隨機共振方波檢測系 統(tǒng)，具有程控頻率隨機共振系統(tǒng)、傳感器和監(jiān)視器等。具體的技術方案是程控頻率隨機共振系統(tǒng)是由n個單級程控頻率隨機共振系統(tǒng)1-1、卜2、…、1-n依次串聯(lián)相接構成， 每級程控頻率隨機共振系統(tǒng)卜l、 1-2、…、1-n，都是由相對應的n個頻率變距模塊2-1、 2-2、、 2-n中的一個、n個雙穩(wěn)模擬電路3-l、 3-2、…、3-n中的一個、n個信號判 斷模塊4-l、 4-2、…、4-n中的一個和n個頻率復距模塊5-1、 5-2、…、5-n中的一個 組成。由傳感器6實測原始數(shù)據(jù)先依次輸入至第一級程控頻率隨機共振系統(tǒng)1-1、第一 個頻率變距模塊2-l、第一個雙穩(wěn)電路3-l和第一個信號判斷模塊4-l，根據(jù)信號判斷模 塊4-l中的波形判斷條件，或者輸入至第一個頻率復距模塊5-l，到達監(jiān)視器7終止； 或者繼續(xù)輸入至第二級程控頻率隨機共振系統(tǒng)1-2中的第二個頻率變距模塊2-2、第二 個雙穩(wěn)電路3-2、第二個信號判斷模塊4-2，…，依次類推，直至來自于實測的數(shù)據(jù)信號 經(jīng)第n級程控頻率隨機共振系統(tǒng)l-n后進入第n個頻率復距模塊5-n輸出至監(jiān)視器7終 止(如圖l)。其中n個頻率變距模塊2-1、 2-2、…、2-n，每個頻率變距模塊均是由參 考分頻器8、相位比較器9、環(huán)路濾波器10和壓控振蕩器11依次串接而成；手動N分 頻器12作為反饋元件設置在相位比較器9和壓控振蕩器11之間(如圖3)。 n個頻率復 距模塊5-l、 5-2、、 5-n，每個頻率復距模塊均是由階躍管脈沖發(fā)生器電路13、可調 諧振網(wǎng)絡14和帶通濾波器15依次串接構成(如圖4)。手動N分頻器12的N值大于等 于32。具體工作過程是被檢測的原始弱方波信號經(jīng)傳感器6輸入至程控頻率隨機共振系 統(tǒng)的第一級l-l以及第一個頻率變距模塊2-l，實現(xiàn)特征信號的第一次提取。第一個頻 率變距模塊2-1對傳感器6輸入的數(shù)據(jù)進行頻率變距，再經(jīng)第一個雙穩(wěn)電路3-1產(chǎn)生隨 機共振信號。每一級或每一個信號判斷模塊均存有波形判斷條件，判斷的條件是"殘余 噪聲幅度與整體信號有效平均幅度的比小于預先設定的要求精度值"。首先由第一個信 號判斷模塊4-l對第一次提取的特征信號進行判斷，決定是否將第一級隨機共振波形輸 入至第二級程控頻率隨機共振系統(tǒng)1-2。如果隨機共振信號不滿足信號判斷模塊4-1的 波形判斷條件，則將第一級程控頻率隨機共振系統(tǒng)1-1的信號由信號判斷模塊4-1控制 接通一級與二級之間的通道后，直接串接到第二級程控頻率隨機共振系統(tǒng)1-2，進行第二級的信號隨機共振，這樣依次類推，直至實現(xiàn)最佳隨機共振狀態(tài)，將淹沒在強噪聲背 景的弱方波信號充分提取顯示出來。信號判斷模塊決定了程控頻率隨機共振系統(tǒng)1的最 佳級數(shù)w。每一級程控頻率隨機共振系統(tǒng)(圖l中的虛框部分)的前端均串接一個頻率變距模塊，對傳感器信號或上一級系統(tǒng)傳來的信號進行頻率變距，以使雙穩(wěn)模擬電路產(chǎn) 生隨機共振。每一級程控頻率隨機共振系統(tǒng)的后端均串接一個頻率復距模塊，根據(jù)信號 判斷模塊對隨機共振輸出信號進行恢復，完成特征方波信號的復原檢測。最佳隨機共振 狀態(tài)的信號可以直接被監(jiān)視器7顯示或被其他分析裝置進行利用，以便實現(xiàn)最終的精細 分析和進一步的信號處理。雙穩(wěn)模擬電路3-l、 3-2、…、3-n，每一個都是由運算放大器所組成的模擬電路來 實現(xiàn)(如圖2)，其中s(/)是雙穩(wěn)系統(tǒng)的輸入，x(O是雙穩(wěn)系統(tǒng)的輸出，該模擬電路包括 積分器、反向器、乘法器、電阻分壓器以及電容和電阻。頻率變距模塊2-l、 2-2、…、 2-n和頻率復距模塊5-l、 5-2、…、5-n，每個也都是根據(jù)圖3和4所示的原理框圖所 制作的電路模塊。附圖說明圖1為本專利技術各部件連接的邏輯原理框圖。 圖2為雙穩(wěn)模擬電路圖。 圖3為頻率變距模塊電路框圖。 圖4為頻率復距模塊電路框圖。圖5為原始周期方波曲線圖。圖中橫坐標為時間軸，其刻度為2ms;縱坐標為電 壓值，其刻度為100mV。圖6為原始強噪聲波形曲線圖(噪聲強度有效值0.67V)。圖中橫坐標為時間軸， 其刻度為2ms;縱坐標為電壓值，其刻度為500mV圖7為原始周期方波疊加噪聲的曲線圖。圖中橫坐標為時間軸，其刻度為2ms;縱 坐標為電壓值，其刻度為500mV圖8為第一級程控頻率隨機共振系統(tǒng)輸出隨機共振波形曲線圖。圖中橫坐標為時 間軸，其刻度為2ms;縱坐標為電壓值，其刻度為5V圖9為第二級程控頻率隨機共振系統(tǒng)輸出隨機共振波形曲線圖。圖中橫坐標為時 間軸，其刻度為2ms;縱坐標為電壓值，其刻度為10mV具體實施例方式以下通過實施例對本專利技術的技術原理做進一步的解釋。傳感器6實測信號中的特征 方波信號被噪聲完全淹沒而不可分辨(如圖7所示)，此實測信號作為原始采樣數(shù)據(jù)送 入程控頻率隨機共振系統(tǒng)中的第一級l-l以及相應的第一個頻率變距模塊2-l。經(jīng)頻率 變距模塊中的手動iV分頻器12根據(jù)頻率增量遞減原則(即第一次以1/2倍的頻率增量，以后逐級以1/2"遞減，其中w為iV分頻器的階數(shù))對壓控振蕩器11的輸出信號進行分 頻，分頻之后返回到相位比較器9輸入端與參考分頻器8進行比較，直到分頻后信號和 參考信號相本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
級聯(lián)程控頻率隨機共振方波檢測系統(tǒng)，具有程控頻率隨機共振系統(tǒng)、傳感器和監(jiān)視器，其特征在于程控頻率隨機共振系統(tǒng)是由ｎ個單級程控頻率隨機共振系統(tǒng)（１－１、１－２、…、１－ｎ）依次串聯(lián)相接構成，每級程控頻率隨機共振系統(tǒng)（１－１、１－２、…、１－ｎ），都是由相對應的ｎ個頻率變距模塊（２－１、２－２、…、２－ｎ）中的一個、ｎ個雙穩(wěn)模擬電路（３－１、３－２、…、３－ｎ）中的一個、ｎ個信號判斷模塊（４－１、４－２、…、４－ｎ）中的一個和ｎ個頻率復距模塊（５－１、５－２、…、５－ｎ）中的一個組成，由傳感器（６）實測原始數(shù)據(jù)先依次輸入至第一級程控頻率隨機共振系統(tǒng)（１－１）、第一個頻率變距模塊（２－１）、第一個雙穩(wěn)電路（３－１）和第一個信號判斷模塊（４－１），根據(jù)信號判斷模塊（４－１）中的波形判斷條件，或者輸入至第一個頻率復距模塊（５－１），到達監(jiān)視器７終止；或者繼續(xù)輸入至第二級程控頻率隨機共振系統(tǒng)（１－２）中的第二個頻率變距模塊（２－２）、第二個雙穩(wěn)電路（３－２）、第二個信號判斷模塊（４－２），…，依次類推，直至來自于實測的數(shù)據(jù)信號經(jīng)第ｎ級程控頻率隨機共振系統(tǒng)（１－ｎ）后進入第ｎ個頻率復距模塊（５－ｎ）輸出至監(jiān)視器（７）終止。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：冷永剛，鄧輝，張瑩，郭焱，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發(fā)明
國別省市：12[中國|天津]
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