隨機共振微弱特徵信號檢測理論與方法（簡體書）

胡蔦慶，男，1968年生，博士。現任國防科技大學機電工程與自動化學院教授，博士生導師，國防科技大學機械電子工程學科（國家重點學科）學術帶頭人之一。曾榮獲2007年度“中國青年五四獎章”、“全軍學習成才先進個人”稱號及軍隊二等功。全國百篇優秀博士論文獲得者，教育部“新世紀優秀人才”獲得者，入選“湖南省首批新世紀121人才工程”第三層次人才梯隊。長期從事機電系統動力學分析與測試、機械早期故障檢測與診斷、非線性動力學與混沌應用、故障預測與健康管理技術與系統、裝備保障態勢感知等研究工作。獲省部級科技進步一等獎2項、二等獎3項、三等獎1項。授權發明專利5項、實用新型專利1項、軟件著作權2項。發表學術論文126篇，其中47篇被SCI、EI檢索收錄。

《隨機共振微弱特征信號檢測理論與方法》可供從事機械信號測試與處理、機械故障檢測的高等院校教師、研究生和高年級本科生閱讀，還可供從事多學科應用領域中微弱信號檢測的科技人員參考。

第1章 概論
1.1 隨機共振效應的內涵與模型
1.1.1 經典隨機共振
1.1.2 隨機共振模型
1.2 隨機共振發展簡述
1.2.1 隨機共振概念的提出及初始發展階段
1.2.2 隨機共振理論與模型研究
1.2.3 隨機共振應用研究
1.3 隨機共振在微弱信號檢測中的應用
1.4 本書的內容與章節安排
第2章 隨機共振基本理論
2.1 隨機共振的衡量指標
2.2 雙穩態系統
2.3 絕熱近似理論
2.4 線性響應理論
第3章 基于雙穩態系統隨機共振模型的微弱周期信號檢測方法
3.1 雙穩態系統微弱周期信號檢測模型
3.2 雙穩態系統數值仿真的穩定性分析
3.3 雙穩態系統歸一化尺度變換
3.4 基于雙穩態系統隨機共振模型的微弱周期信號檢測算法
3.5 基于外差式隨機共振的微弱周期信號檢測方法
3.6 多層隨機共振算法
第4章 微弱周期信號檢測的自適應隨機共振方法
4.1 自適應隨機共振基本理論
4.2 外加信號隨機共振微弱信號檢測方法
4.2.1 概述
4.2.2 基于外加信號隨機共振的周期信號檢測模型及原理
4.2.3 外加信號隨機共振微弱信號檢測方法仿真驗證
4.3 最佳匹配隨機共振微弱信號檢測方法
4.3.1 概述
4.3.2 最佳匹配隨機共振方法設計
4.3.3 最佳匹配隨機共振方法的實現及數值仿真
4.4 基于混沌振子與隨機共振的微弱信號檢測方法
4.4.1 基于混沌振子的微弱信號檢測原理
4.4.2 基于混沌振子的微弱周期信號幅值估計方法
4.4.3 隨機共振與混沌振子結合的微弱信號檢測
第5章 微弱非周期沖擊信號檢測的隨機共振方法
5.1 概述
5.2 非周期隨機共振的理論與模型
52.1 非周期隨機共振的線性響應理論及互相關描述
5.2.2 雙穩態系統的單勢阱近似模
5.3 微弱非周期沖擊信號檢測的數值仿真與分析
5.3.1 非周期沖擊信號產生模型
5.3.2 雙穩態系統結構參數對非周期沖擊信號檢測的影響
5.3.3 非周期沖擊信號特征參數對信號檢測的影響
5.3.4 基于隨機共振原理的微弱非周期沖擊信號檢測算法
5.3.5 非周期沖擊峰值位置的確定及振蕩衰減沖擊信號的檢測
第6章 微弱信號檢測的隨機共振模擬系統方法
6.1 概述
6.2 參數可調隨機共振模擬系統
6.2.1 雙穩態系統模擬電路實現原
6.2.2 參數可調隨機共振模擬系統的設計與實現
6.2.3 參數可調隨機共振模擬系統微弱信號檢測實驗
6.3 隨機共振電路模擬系統微弱信號檢測實驗與應用
6.3.1 微弱正弦信號檢測實驗
6.3.2 微弱脈沖信號增強傳輸實驗
6.3.3 隨機共振電路模擬系統在光柵微弱信號預處理中的應用
6.4 隨機共振模擬系統在機械動部件故障檢測中的應用
6.4.1 某型直升機中尾減速器實驗分析
6.4.2 軸承故障檢測初步分析
6.4.3 齒輪故障檢測初步分析
第7章 隨機共振相關問題分析
7.1 解釋隨機共振的混沌動力學方法
7.1.1 隨機共振類同步現象進一步說明
7.1.2 經典隨機共振中噪聲調節問題及可能的解決途徑
7.1.3 動態系統及產生混沌的必要條件
7.1.4 諧波及追加的諧波組合激勵
7.1.5 噪聲與諧波組合激勵對snr的影響
7.1.6 諧波信號和噪聲激勵系統
7.2 隨機共振應用的進一步討論
參考文獻

6.3隨機共振電路模擬系統微弱信號檢測實驗與應用
6. 3.1微弱正弦信號檢測實驗
對雙穩態隨機共振系統進行數值仿真時，采樣頻率首先要求滿足3.2節提出的穩定性條件，并且為了獲得較高的信噪比增益，往往要求信號過采樣（一般采樣頻率達到信號頻率的100倍以上）。事實上，一般機械系統特征信號頻率范圍在幾千赫以內，如果要求采樣頻率達信號頻率的100倍以上，在多路數據采集的情況下對硬件提出了較高的要求。如果將雙穩態電路模擬系統用于微弱正弦周期信號檢測，可以得到實時的輸出，不會因采樣頻率降低而出現發散現象。利用圖6.2.3所示電路進行微弱正弦周期信號檢測實驗，取信號頻率為f=150Hz，調節分壓系數K1=0.0785，K2=0.4676，計算出系統參數a= 31150. 79、b=1855. 56，歸一化后相當于頻率為0. 004815 Hz，頻率很低，滿足隨機共振絕熱近似理論的要求。輸入的正弦信號幅值U0=100mV，白噪聲均方根值為955. 2mV，此時混合信號輸入信噪比為— 19. 96dB。在實驗中，先選用較高的采樣頻率fs=100kHz，采樣點數N=10000對輸入／輸出信號進行采樣，然后進行分析。白噪聲與正弦信號的混合輸入以及系統的輸出波形與頻譜如圖6.3.1所示。
由圖6.3.1（c），可見此時輸出信號在系統穩態間周期地翻轉，與微弱正弦信號同步，產生隨機共振，在譜圖中頻率為150Hz的分量也非常突出。對比圖6.3.1（a）、圖6.3.1（c），可見原本淹沒在噪聲中的微弱正弦周期信號以一個同頻周期信號呈現了出來；比較圖6.3.1（b）、圖6.3.1（d）可見，150Hz的分量經隨機共振模型處理后更加突出。