專利名稱：基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置及檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種隨機共振檢測的裝置及方法，屬于信號檢測技術領域。
背景技術：
目前，信號檢測技術在許多領域都有著十分廣泛的應用，如生物醫學、電化學、科學研究等等。盡管人們在研究微弱信號檢測中，發展了一整套抑制噪聲的理論和方法，如數字鎖相技術、Boxcar積分器和相干檢測技術等，在弱信號檢測中起到了相當大的作用，但在抑制噪聲的同時，被測信號也受到抑制或損失。另外，這些方法大多是在線性系統的框架內進行，如窄帶化與相干檢測技術、時域信號的平均技術、離散信號的技術統計等。因此需要考慮如下幾個問題1系統本身是產生噪聲的源。在整個信息處理過程鏈中，涉及的系統越多，產生額外噪聲的概率也越多。2系統本身不存在信噪比增加功能。相反，隨著輸入噪聲的增加，系統輸出信噪比會不斷地下降。因此找到一種能夠從噪聲中提取有效信號的弱信號檢測方法是當今社會面臨的一個亟待解決的問題。隨機共振理論的提出，為微弱信號的檢測開創了新的思路。隨機共振理論表明，強噪聲背景下的微弱信號通過一個非線性系統時，若系統的非線性、信號與噪聲達到某種匹配，背景噪聲會增強微弱信號的輸出，提高輸出信噪比，但是隨機共振系統對輸入信號頻率的局限性使得高頻信號檢測受到阻礙，只適用于低頻( << 1Hz)，對IO8量級頻率的信號也無法通過隨機共振系統進行檢測。

發明內容
本 發明是為了解決(I)現有隨機共振系統不適用于&>1的頻率信號；(2)108量級頻率的信號無法通過隨機共振系統進行檢測的兩個問題，從而提供一種基于超外差式隨機共振檢測裝置及方法。基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置，它包括混頻器、放大器、濾波器、A/D轉換器、隨機共振系統和本振信號處理器；外部待測信號與所述混頻器的待測信號輸入端相連，本振信號處理器的載波信號輸出端與混頻器的載波信號輸入端相連；所述混頻器的混頻信號輸出端與放大器的混頻信號輸入端相連，放大器的混頻信號輸出端與濾波器的混頻信號輸入端相連，濾波器的降頻信號輸出端與A/D轉換器的降頻信號輸入端相連，A/D轉換器的降頻數據輸出端與引入積分補償的雙穩態隨機共振系統的降頻數據輸入端相連，引入積分補償的雙穩態隨機共振系統的峰譜數據輸出端與外部數據處理器的峰譜數據輸入端相連；所述引入積分補償的雙穩態隨機共振系統包括雙穩態隨機共振系統和補償系數模塊，所述補償系數模塊的補償系數輸出端與隨機共振系統的補償系數輸入端相連。基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置的方法，它包括如下步驟步驟一將待測信號s (t) +n (t)輸入混頻器；所述待測信號s(t)+n(t)為混有高斯白噪聲的的原信號；原信號為S (t) =Acos (2 JIfcit),高斯白噪聲為n (t);所述待測信號頻率的范圍為1Ηζ、Χ108Ηζ ；步驟二 本振信號處理器從本振信號處理器產生的載波信號'(t)的頻率下限開始抽取載波信號V。(t)，抽取的頻率間隔為Af，且Af為非零任意值；獲得數個抽取的載波信號vc(t)；將每個抽取的載波信號'(t)與步驟一所述的待測信號s (t)+n (t)同時輸入混頻器，待測信號s (t)+n (t)輸入混頻器的初始時刻為t=0 ；所述本振信號處理器產生的載波信號V。(t)為V。(t) =COS (2 Jifet),且載波信號Vc(t)的頻率范圍與待測信號S (t)+n (t)的頻率范圍相同；步驟三；將步驟二所述的抽取的數個載波信號ve(t)分別與待測信號s (t)+n (t)進行混頻，獲得數個混頻信號；所述進行混頻的待測信號s (t)+n (t)為O.1秒時間周期的待測信號 s(t)+n(t)；所述每個混頻信號為[s(t)+n(t)]Ve(t)，經過混頻過程，分別獲得降頻信號
0)、升頻信號0)與噪聲ξ (t);所述降頻信號 ⑴為/:)小
升頻信號 X2(t) fe(0 = ^cos[2</0+X)i];步驟四將步驟三獲得的數個混頻信號[S(t)+n(t)]ve(t)分別輸入放大器，獲得放大后的數個混頻信號[s(t)+n(t)]Ve(t)；步驟五將步驟四獲得的放大后的數個混頻信號[s(t)+n(t)]Vc;(t)分別輸入濾波器，獲得數個混頻信號[s(t)+n(t)]Vc;(t)中的數個降頻信號X1 (t)；步驟六將步驟五所述數個降頻信號X1 (t)輸入A/D轉換器，通過A/D轉換器將將降頻信號X1 (t)轉換為數個降頻信號X1 (t)的數字信號；步驟七將步驟六獲得的數個降頻信號X1 (t)的數字信號輸入引入積分補償的雙穩態隨機共振系統，引入積分補償的雙穩態隨機共振系統(6)將數個降頻信號X1 (t)的數字信號的峰譜幅度輸出至外部處理器。采用本發明基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置及方法，它的優點包括(I)雙穩態隨機共振系統為引入積分補償的隨機共振系統，使4>1的信號產生隨機共振；(2)通過引入超外差技術，在進入雙穩態隨機共振系統之前，對輸入信號進行混頻，使產生的降頻信號滿足隨機共振條件，進一步提高了雙穩態隨機共振系統能夠檢測的頻率范圍。


圖1是基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置結構示意圖；圖2是基于超外差式隨機共振檢測系統的方法流程圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結合圖1說明本具體實施方式
。基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置，它包括混頻器1、放大器3、濾波器4、A/D轉換器5、隨機共振系統6和本振信號處理器2 ；
外部待測信號與所述混頻器I的待測信號輸入端相連，本振信號處理器2的載波信號輸出端與混頻器I的載波信號輸入端相連；所述混頻器I的混頻信號輸出端與放大器3的混頻信號輸入端相連，放大器3的混頻信號輸出端與濾波器4的混頻信號輸入端相連，濾波器4的降頻信號輸出端與A/D轉換器5的降頻信號輸入端相連，A/D轉換器5的降頻數據輸出端與引入積分補償的雙穩態隨機共振系統6的降頻數據輸入端相連，引入積分補償的雙穩態隨機共振系統6的峰譜數據輸出端與外部數據處理器7的峰譜數據輸入端相連；所述弓I入積分補償的雙穩態隨機共振系統6包括雙穩態隨機共振系統8和補償系數模塊9，所述補償系數模塊9的補償系數輸出端與隨機共振系統8的補償系數輸入端相連。
具體實施方式
二、采用具體實施方式
一的基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置的檢測方法，它包括如下步驟步驟一將待測信號s (t) +n (t)輸入混頻器I ;所述待測信號s(t)+n(t)為混有高斯白噪聲的的原信號；原信號為s (t) =Acos (2 Jifcit),高斯白噪聲為n (t);所述待測信號頻率的范圍為1Ηζ、Χ108Ηζ ；步驟二 本振信號處理器2從本振信號處理器2產生的載波信號ve(t)的頻率下限開始抽取載波信號V。(t)，抽取的頻率間隔為Af，且Af為非零任意值；獲得數個抽取的載波信號V。(t)；將每個抽取的載波信號ve(t)與步驟一所述的待測信號s (t)+n (t)同時輸入混頻器1，待測信號8(0+11(0輸入混頻器I的初始時刻為t=0 ；所述本振信號處理器2產生的載波信號ve(t)為V。(t) =COS (2 π fet)，且載波信號Vc(t)的頻率范圍與待測信號S (t)+n (t)的頻率范圍相同；步驟三；將步驟二所述的抽取的數個載波信號ve(t)分別與待測信號s (t)+n (t)進行混頻，獲得數個混頻信號；所述進行混頻的待測信號s (t)+n (t)為O.1秒時間周期的待測信號 s(t)+n(t)；所述每個混頻信號為[s(t)+n(t)]Vc;(t)，經過混頻過程，分別獲得降頻信號
0)、升頻信號&(0與噪聲ξ (t);所述降頻信號 ⑴為m
升頻信號 X2 (t)為x2(f) = |jcos[2;r(/0+/c)i];所述混頻的原理為
權利要求
1.基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置，其特征在于它包括混頻器(I)、放大器(3)、濾波器(4)、A/D轉換器(5)、引入積分補償的雙穩態隨機共振系統(6)和本振信號處理器⑵； 外部待測信號與所述混頻器(I)的待測信號輸入端相連，本振信號處理器(2)的載波信號輸出端與混頻器(I)的載波信號輸入端相連；所述混頻器(I)的混頻信號輸出端與放大器(3)的混頻信號輸入端相連,放大器(3)的混頻信號輸出端與濾波器(4)的混頻信號輸入端相連，濾波器(4)的降頻信號輸出端與A/D轉換器(5)的降頻信號輸入端相連，A/D轉換器(5)的降頻數據輸出端與引入積分補償的雙穩態隨機共振系統(6)的降頻數據輸入端相連，引入積分補償的雙穩態隨機共振系統(6)的峰譜數據輸出端與外部數據處理器(7)的峰譜數據輸入端相連； 所述弓I入積分補償的雙穩態隨機共振系統(6)包括雙穩態隨機共振系統(8)和補償系數模塊(9)，所述補償系數模塊(9)的補償系數輸出端與隨機共振系統(8)的補償系數輸入端相連。
2.采用權利要求1所述的基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置的檢測方法，其特征在于它包括如下步驟 步驟一將待測信號s(t)+n(t)輸入混頻器(I)； 所述待測信號s(t)+n(t)為混有高斯白噪聲的的原信號；原信號為s (t) =Acos (2 Jifcit)，高斯白噪聲為n (t);所述待測信號頻率的范圍為1Ηζ、Χ108Ηζ ； 步驟二 本振信號處理器(2)從本振信號處理器(2)產生的載波信號V。(t)的頻率下限開始抽取載波信號V。(t)，抽取的頻率間隔為Af，且Af為非零任意值；獲得數個抽取的載波信號'⑴； 將每個抽取的載波信號V。(t)與步驟一所述的待測信號s(t)+n(t)同時輸入混頻器(1)，待測信號8(0+11(0輸入混頻器(I)的初始時刻為t=0 ； 所述本振信號處理器(2)產生的載波信號V。(t)為V。(t) =C0S (2 Jifet),且載波信號vc(t)的頻率范圍與待測信號s (t)+n (t)的頻率范圍相同； 步驟三；將步驟二所述的抽取的數個載波信號Vc;(t)分別與待測信號s (t)+n (t)進行混頻，獲得數個混頻信號；所述進行混頻的待測信號s (t)+n (t)為O.1秒時間周期的待測信號 s(t)+n(t)； 所述每個混頻信號為[s (t) +n (t) ] vc (t)，經過混頻過程，分別獲得降頻信號X1 (t)、升頻信號x2(t)與噪聲ξ (t);所述降頻信號Xl(t) *^) = pCOS[2；r(/0-_/；)i]，升頻信號X2 ⑴為X1 { = I Acos\_2π{/0 + fc)t]； 步驟四將步驟三獲得的數個混頻信號[s(t)+n(t)]Ve(t)分別輸入放大器(3)，獲得放大后的數個混頻信號[s(t)+n(t)]Ve(t)； 步驟五將步驟四獲得的放大后的數個混頻信號[s(t)+n(t)]Vc;(t)分別輸入濾波器(4)，獲得數個混頻信號[s(t)+n(t)]Vc;(t)中的數個降頻信號X1(t)； 步驟六將步驟五所述的數個降頻信號X1 (t)輸入A/D轉換器(5)，通過A/D轉換器(5)將降頻信號X1 (t)轉換為數個降頻信號X1 (t)的數字信號；步驟七將步驟六獲得的數個降頻信號X1 (t)的數字信號輸入引入積分補償的雙穩態隨機共振系統(6)，引入積分補償的雙穩態隨機共振系統(6)將數個降頻信號X1 (t)的數字信號的峰譜幅度輸出至外部處理器(J)。
3.根據權利要求2所述的基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置的檢測方法，其特征在于步驟七中所述引入積分補償的雙穩態隨機共振系統(6)的原理為 隨機共振系統描述了過阻尼下布朗粒子受周期性信號和噪聲的作用在非線性系統中所發生的往復躍遷現象。描述粒子運動的方程-郎之萬方程為
全文摘要
基于超外差式隨機共振檢測系統的裝置及檢測方法，涉及一種隨機共振檢測的裝置及方法，為了解決(1)現有隨機共振系統不適用于f0>1的頻率信號；(2)108量級頻率的信號無法通過隨機共振系統進行檢測的兩個問題。外部待測信號與混頻器輸入端相連，混頻器的信號輸出端與放大器的信號輸入端相連，放大器的信號輸出端與濾波器的信號輸入端相連，濾波器的信號輸出端與A/D轉換器的信號輸入端相連，A/D轉換器的數據輸出端與引入積分補償的雙穩態隨機共振系統的數據輸入端相連，引入積分補償的雙穩態隨機共振系統的數據輸出端與外部數據處理器的數據輸入端相連。本發明可廣泛應用于對1~108頻率的信號進行隨機共振檢測。
文檔編號H04B1/26GK103067107SQ20121058948
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者楊澤坤, 石碩, 楊明川, 顧學邁, 許恩瑋, 劉元芳, 季錦杰, 郭騰虎 申請人:哈爾濱工業大學