本发明专利技术涉及一种基于无饱和随机共振数学模型的含噪声微弱信号检出电路。本发明专利技术中的前置求和放大电路包括前置求和放大器U1、第一反向器F1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一可变电阻Rv1、第一接地电阻R201、第二接地电阻R202。求和积分电路包括求和运算放大器U2、积分运算放大器U3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三接地电阻R203、第四接地电阻R204、积分器电容C_INTE。三通道选择反馈电路包括比较电路和反馈电路。本发明专利技术可以将淹没在强噪声中的有用信号增强，使噪声显著减弱，实现从强噪声背景中提取出微弱信号的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子信号处理领域，涉及根据一种新的无饱和随机共振数学模型设计实现的噪声滤除与微弱信号检出电路。
技术介绍
利用随机共振原理提取淹没在噪声中的有用信号是近年来发展起来的一种新的方法。这种非线性滤波方法，可以在合适的条件下将噪声能量向有用信号转化，使信号得到增强，提高信噪比，将淹没在噪声背景中的微弱信号提取出来，所以，在故障检测、生物信号提取、图像与语音信息识别、方位估计等领域都有广泛的应用前景。目前，随机共振原理的信号处理主要以连续双稳态数学模型为核心。但是，我们发现连续双稳态数学模型存在饱和，参见图I (a)和图I (b)。饱和特性影响输出信噪比的提 高，使在强噪声背景下提取信号的效果变差，参见图2 (a)、图2 (b)和图2 (C)。针对这一缺点我们提出了一种新的无饱和随机共振数学模型。该模型为 2I[_ I — —^ (.................-) + Ks(I) 当 X < — ^Jafh 4办 4afbx(i) == <; ax-bx3 + Ks(i) 当-^ja/h < x < ^faJb (I) —^) + Ks(t), 当x > MJiI 4h\ja/b-c、 其中，t代表时间，爾表示x(￡)求导数，_)为处理后的输出信号，a、&、e为实参数，且!3 >0 ^ b>0f代表放大系数，蛾是待检测含噪声信号，sit) = H(i) jTiJii)， 表不待检测微弱信号，表不噪声信号。 f当x<-擇JJt = < -ax+ bx3，当-^ja/b <x< ^aJh(2) 该模型不仅无饱和，在相同的特征参数和相同的输入信号作用下，该模型与连续双稳态数学模型相比，具有更好的信号提取效果。图I (a)和图I (b)是噪声为0时，取正弦信号作为输入信号，幅值从為=0. 4依次变化为為=0. 8，I. 2，I. 6，2，两个模型输出对比。图I (a)是无饱和随机共振数学模型系统时域输出，图I (b)是连续双稳态数学模型系统时域输出。对比图I (a)和图I (b)可以明显看出，无饱和系统的输出随着输入信号的增大而明显增大；变化幅度达到30 ;连续双稳态系统的输出不随着输入信号的增大而增大，变化幅度仅为1，当大于I之后，就基本不变，达到饱和。图2 (b)和图2 (c)是两个系统有噪声时检测输出信号效果对比，图2(a)是输入的含噪声信号波形，图2 (b)是无饱和系统输出波形，图2 (C)双稳态系统的输出波形，对比图2 (b)和2 (C)可以明显看出，无饱和系统滤除噪声的效果更好。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种噪声滤除与微弱信号检出电路，该电路根据上述(I)式无饱和随机共振数学模型设计，它可以将强噪声中的微弱信号显著增强，噪声成分明显减弱，能够在强噪声背景下提取出有用微弱电信号。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案为 基于无饱和随机共振数学模型的含噪声微弱信号检出电路包括前置求和放大电路、求和积分电路和三通道选择反馈电路。前置求和放大电路包括前置求和放大器U1、第一反向器F1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一可变电阻Rvl、第一接地电阻R201、第二接地电阻R202。第一电阻Rl的一端与一个输入端连接，第二电阻R2的一端与另一输入端连接,前置求和放大器Ul的反向输入端与第一电阻Rl的另一端、第二电阻R2的另一端以及第一可变电阻Rvl的固定端连接，前置求和放大器Ul的同相输入端与第一接地电阻R201的一端连接，第一接地电阻R201的另一端接地；前置求和放大器Ul的输出端与第一可变电阻Rvl的可调端以及第三电阻R3的一端连接；第一反向器Fl的反向输入端与第三电阻R3的另一端以及第四电阻R4的一端连接，第一反向器Fl的同向输入端与第二接地电阻R202的一端连接，第二接地电阻R202的另一端接地，第一反向器Fl的输出端与第四电阻R4的另一端连接。求和积分电路包括求和运算放大器U2、积分运算放大器U3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三接地电阻R203、第四接地电阻R204、积分器电容0_11'0^。求和运算放大器U2的反向输入端与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端以及第七电阻R7的一端连接，第五电阻R5的另一端与第一反向器Fl的输出端连接，求和运算放大器U2的同向输入端与第三接地电阻R203的一端连接，第三接地电阻R203的另一端接地，求和运算放大器U2的输出端与第七电阻R7的另一端以及第八电阻R8的一端连接；积分运算放大器U3的反向输入端与第八电阻R8的另一端、积分器电容C_INTE的一端及第九电阻R9的一端连接，积分运算放大器U3的同向输入端与第四接地电阻R204的一端连接，第四接地电阻R204的另一端接地，积分运算放大器U3的输出端与积分器电容(_INTE的另一端及第九电阻R9的另一端连接，该端作为信号输出端。三通道选择反馈电路包括比较电路和反馈电路。比较电路包括第一比较器BI、第二比较器B2、第三比较器B3、第四比较器B4，第二可变电阻Rv2、第三可变电阻Rv3，第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23。反馈电路包括第一反向运算放大器FU1、第二反向运算放大器FU2、第三反向运算放大器FU3、第四反向运算放大器FU4，第一乘法器Ml、第二乘法器M2、第三乘法器M3，求和运算放大器U4、求和运算放大器U5，第二反向器F2、第三反向器F3，第四可变电阻Rv4、第五可变电阻Rv5、第六可变电阻Rv6、第七可变电阻Rv7、第八可变电阻Rv8、第九可变电阻Rv9，第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三i^一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36，第五接地电阻R205、第六接地电阻R206、第七接地电阻R207、第八接地电阻R208、第九接地电阻R209、第十接地电阻R210、第i^一接地电阻R211、第十二接地电阻R212。在比较电路中，第二可变电阻Rv2的一个固定端与正电源连接、另一个固定端接地，第三可变电阻Rv3的一个固定端与负电源连接、另一个固定端接地。第十电阻RlO的一端与第一比较器BI的反向输入端连接，第十一电阻Rll的一端与第一比较器BI的正向输入端连接；第十二电阻R12的一端与第二比较器B2的反向输入端连接，第十三电阻R13的一端与第二比较器B2的正向输入端连接；第十四电阻R14的一端与第三比较器B3的反向输入端连接，第十五电阻R15的一端与第三比较器B3的正向输入端连接；第十六电阻R16的一端与第四比较器B4的反向输入端连接，第十七电阻R17的一端与第四比较器B4的正向输入端连接。第十一电阻Rll的另一端、第十本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于无饱和随机共振数学模型的含噪声微弱信号检出电路，其特征在于：包括前置求和放大电路、求和积分电路和三通道选择反馈电路；前置求和放大电路包括前置求和放大器U1、第一反向器F1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一可变电阻Rv1、第一接地电阻R201、第二接地电阻R202；第一电阻R1的一端与一个输入端连接，第二电阻R2的一端与另一输入端连接，前置求和放大器U1的反向输入端与第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端以及第一可变电阻Rv1的固定端连接，前置求和放大器U1的同相输入端与第一接地电阻R201的一端连接，第一接地电阻R201的另一端接地；前置求和放大器U1的输出端与第一可变电阻Rv1的可调端以及第三电阻R3的一端连接；第一反向器F1的反向输入端与第三电阻R3的另一端以及第四电阻R4的一端连接，第一反向器F1的同向输入端与第二接地电阻R202的一端连接，第二接地电阻R202的另一端接地，第一反向器F1的输出端与第四电阻R4的另一端连接；求和积分电路包括求和运算放大器U2、积分运算放大器U3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三接地电阻R203、第四接地电阻R204、积分器电容C_INTE；求和运算放大器U2的反向输入端与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端以及第七电阻R7的一端连接，第五电阻R5的另一端与第一反向器F1的输出端连接，求和运算放大器U2的同向输入端与第三接地电阻R203的一端连接，第三接地电阻R203的另一端接地，求和运算放大器U2的输出端与第七电阻R7的另一端以及第八电阻R8的一端连接；积分运算放大器U3的反向输入端与第八电阻R8的另一端、积分器电容C_INTE的一端及第九电阻R9的一端连接，积分运算放大器U3的同向输入端与第四接地电阻R204的一端连接，第四接地电阻R204的另一端接地，积分运算放大器U3的输出端与积分器电容C_INTE的另一端及第九电阻R9的另一端连接，该端作为信号输出端；三通道选择反馈电路包括比较电路和反馈电路；比较电路包括第一比较器B1、第二比较器B2、第三比较器B3、第四比较器B4，第二可变电阻Rv2、第三可变电阻Rv3，第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23；反馈电路包括第一反向运算放大器FU1、第二反向运算放大器FU2、第三反向运算放大器FU3、第四反向运算放大器FU4，第一乘法器M1、第二乘法器M2、第三乘法器M3,？求和运算放大器U4、求和运算放大器U5，第二反向器F2、第三反向器F3，第四可变电阻Rv4、第五可变电阻Rv5、第六可变电阻Rv6、第七可变电阻Rv7、第八可变电阻Rv8、第九可变电阻Rv9，第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36，第五接地电阻R205、第六接地电阻R206、第七接地电阻R207、第八接地电阻R208、第九接地电阻R209、第十接地电阻R210、第十一接地电阻R211、第十二接地电阻R212；在比较电路中，第二可变电阻Rv2的一个固定端与正电源连接、另一个固定端接地，第三可变电阻Rv3的一个固定端与负电源连接、另一个固定端接地；第十电阻R10的一端与第一比较器B1的反向输入端连接，第十一电阻R11的一端与第一比较器B1的正向输入端连接；第十二电阻R12的一端与第二比较器B2的反向输入端连接，第十三电阻R13的一端与第二比较器B2的正向输入端连接；第十四电阻R14的一端与第三比较器B3的反向输入端连接，第十五电阻R15的一端与第三比较器B3的正向输入端连接；第十六电阻R16的一端与第四比较器B4的反向输入端连接，第十七电阻R17的一端与第四比较器B4的正向输入端连接；第十一电阻R11的另一端、第十二电阻R12的另一端、第十四电阻R14的另一端、第十七电阻R17的另一端均与积分运算放大器U3的输出端连接，第十电阻R10的另一端以及第十五电阻R15的另一端与第二可变电阻Rv2的可调端连接，第十三电阻R13的另一端以及第十六电阻R16的另一端与第三可变电阻Rv3的可调...
【技术特征摘要】
1.基于无饱和随机共振数学模型的含噪声微弱信号检出电路，其特征在于包括前置求和放大电路、求和积分电路和三通道选择反馈电路； 前置求和放大电路包括前置求和放大器Ul、第一反向器Fl、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一可变电阻Rvl、第一接地电阻R201、第二接地电阻R202 ;第一电阻Rl的一端与一个输入端连接，第二电阻R2的一端与另一输入端连接，前置求和放大器Ul的反向输入端与第一电阻Rl的另一端、第二电阻R2的另一端以及第一可变电阻Rvl的固定端连接，前置求和放大器Ul的同相输入端与第一接地电阻R201的一端连接，第一接地电阻R201的另一端接地；前置求和放大器Ul的输出端与第一可变电阻Rvl的可调端以及第三电阻R3的一端连接；第一反向器Fl的反向输入端与第三电阻R3的另一端以及第四电阻R4的一端连接，第一反向器Fl的同向输入端与第二接地电阻R202的一端连接，第二接地电阻R202的另一端接地，第一反向器Fl的输出端与第四电阻R4的另一端连接； 求和积分电路包括求和运算放大器U2、积分运算放大器U3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三接地电阻R203、第四接地电阻R204、积分器电容(3_11'0^ ;求和运算放大器U2的反向输入端与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端以及第七电阻R7的一端连接，第五电阻R5的另一端与第一反向器Fl的输出端连接，求和运算放大器U2的同向输入端与第三接地电阻R203的一端连接，第三接地电阻R203的另一端接地，求和运算放大器U2的输出端与第七电阻R7的另一端以及第八电阻R8的一端连接；积分运算放大器U3的反向输入端与第八电阻R8的另一端、积分器电容C_INTE的一端及第九电阻R9的一端连接，积分运算放大器U3的同向输入端与第四接地电阻R204的一端连接，第四接地电阻R204的另一端接地，积分运算放大器U3的输出端与积分器电容(_1见^的另一端及第九电阻R9的另一端连接，该端作为信号输出端； 三通道选择反馈电路包括比较电路和反馈电路；比较电路包括第一比较器BI、第二比较器B2、第三比较器B3、第四比较器B4，第二可变电阻Rv2、第三可变电阻Rv3，第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二 i^一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23 ;反馈电路包括第一反向运算放大器FU1、第二反向运算放大器FU2、第三反向运算放大器FU3、第四反向运算放大器FU4，第一乘法器Ml、第二乘法器M2、第三乘法器M3，求和运算放大器U4、求和运算放大器U5，第二反向器F2、第三反向器F3，第四可变电阻Rv4、第五可变电阻Rv5、第六可变电阻Rv6、第七可变电阻Rv7、第八可变电阻Rv8、第九可变电阻Rv9，第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三i^一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36，第五接地电阻R205、第六接地电阻R206、第七接地电阻R207、第八接地电阻R208、第九接地电阻R209、第十接地电阻R210、第i^一接地电阻R211、第十二接地电阻R212 ； 在比较电路中，第二可变电阻Rv2的一个固定端与正电源连接、另一个固定端接地，第三可变电阻Rv3的一个固定端与负电源连接、另一个固定端接地；第十电阻RlO的一端与第一比较器BI的反向输入端连接，第十一电阻Rll的一端与第一比较器BI的正向输入端连接；第十二电阻R12的一端与第二比较器B2的反向输入端连接，第十三电阻R13的一端与第二比较器B2的正向输入端连接；第十四电阻R14的一端与第三比较器B3的反向输入端连接，第十五电阻R15的一端与第三比较器B3的正向输入端连接；第十六电阻R16的一端与第四比较器B4的反向输入端连接，第十七电阻R17的一端与第四比较器B4的正向输入端连接；第十一电阻Rll的另一端、第十二电阻R12的另一端、第十四电阻R14的另一端、第十七电阻R17的另一端均与积分运算放大器U3的输出端连接，第十电阻RlO的另一端以及第十五电阻R15的另一端与第二可变电阻Rv2的可调端连接，第十三电阻R13的另一端以及第十六电阻R16的另一端与第三可变电阻Rv3的可调端连接；第十八电阻R18的一端与第...
【专利技术属性】
技术研发人员：王林泽，张亮，赵文礼，王桥医，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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