隨機(jī)信號(hào)論文

1、隨機(jī)信號(hào)分析基礎(chǔ)期末論文 題目： 隨機(jī)信號(hào)分析理論的應(yīng)用綜述 學(xué)院： 電子信息工程學(xué)院 班級(jí)： 電子131502班 姓名： 郭志強(qiáng) 學(xué)號(hào)： 201315020207 指導(dǎo)老師：武曉嘉2015年12月20日隨機(jī)信號(hào)分析理論的應(yīng)用綜述1、 概述 在20世紀(jì)40年代，雷達(dá)和聲吶對(duì)第二次世界大戰(zhàn)產(chǎn)生了重大影響。正是由于雷達(dá)和聲吶技術(shù)發(fā)展的需要推動(dòng)了信號(hào)檢測(cè)和估計(jì)理論的研究。信號(hào)檢測(cè)和估計(jì)理論是現(xiàn)代信息理論的重要組成部分。其理論基礎(chǔ)是信息論，采用概率論、隨機(jī)過程和數(shù)理統(tǒng)計(jì)作為研究工具。信號(hào)檢測(cè)與估計(jì)理論已廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲吶和自動(dòng)控制等領(lǐng)域；在模式識(shí)別、射電天文學(xué)、遙感遙測(cè)、資源探測(cè)、天氣預(yù)報(bào)、生物醫(yī)學(xué)

2、科學(xué)及社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。信號(hào)檢測(cè)與估計(jì)理論分為檢測(cè)理論與估計(jì)理論兩部分。估計(jì)理論包括參數(shù)和波形估計(jì)。波形估計(jì)常稱為濾波理論，維納濾波理論和卡爾曼濾波理論是其基本組成。 隨機(jī)信號(hào)分析課程主要討論隨機(jī)信號(hào)的基礎(chǔ)理論和分析方法，內(nèi)容包括:基礎(chǔ)概率論，隨機(jī)信號(hào)與典型信號(hào)舉例，平穩(wěn)性、循環(huán)平穩(wěn)性與功率譜密度函數(shù)，各態(tài)歷經(jīng)性與隨機(jī)試驗(yàn)方法，隨機(jī)信號(hào)通過線性系統(tǒng)，帶通信號(hào)與窄帶高斯信號(hào)，馬爾科夫鏈、獨(dú)立增量過程與泊松過程等。該課程理論性強(qiáng)，抽象概念多，統(tǒng)計(jì)理論與思維方法對(duì)長(zhǎng)期習(xí)慣于思考確定性問題的學(xué)生而言難度較大。然而，該課程的基礎(chǔ)理論和分析方法又是學(xué)生今后從事相關(guān)科學(xué)研究的必備知識(shí)，是學(xué)生必

3、須很好掌握的內(nèi)容。所以我們針對(duì)這些問題對(duì)課程進(jìn)行了教學(xué)方法研究并意識(shí)到探索研究型數(shù)學(xué)的有效途徑十分重要。 研究型教學(xué)是強(qiáng)調(diào)以探索為基礎(chǔ)的教學(xué)模式，注重在探索和研究的教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生的求知欲，突出教學(xué)與訓(xùn)練方法的科學(xué)研究特色，培訓(xùn)學(xué)生的探索精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高主動(dòng)學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)造性，從而提高該課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量。根據(jù)課程特色，結(jié)合專業(yè)背景以及通信、信號(hào)檢測(cè)與估計(jì)和圖像處理等實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究。2、 主要內(nèi)容“隨機(jī)信號(hào)分析”主要內(nèi)容包括概率論基礎(chǔ)、隨機(jī)信號(hào)、平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)及其譜分析、各態(tài)歷經(jīng)性與隨機(jī)實(shí)驗(yàn)、隨機(jī)信號(hào)通過線性系統(tǒng)、窄帶隨機(jī)信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)通過非線性系統(tǒng)、泊松過程與馬爾可夫鏈

4、。學(xué)習(xí)中出了注意處理隨機(jī)信號(hào)的方法外，更重要的是深入理解數(shù)學(xué)演算結(jié)果和結(jié)論的物理意義。掌握分析的思路與方法，理解、掌握統(tǒng)計(jì)、模型、和物理的概念。利用計(jì)算機(jī)為工具，對(duì)特定隨機(jī)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，也是研究隨機(jī)過程的重要方法，以及利用現(xiàn)代分析手段去分析，研究隨機(jī)信號(hào)用來(lái)解決工程應(yīng)用中的實(shí)際問題。 3、 應(yīng)用實(shí)例 隨機(jī)信號(hào)分析是電子信息專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一，是目標(biāo)檢測(cè)、估計(jì)、濾波等信號(hào)處理的基礎(chǔ)，在通信、自動(dòng)控制、雷達(dá)、圖像處理、生物醫(yī)學(xué)、地震信號(hào)處理、氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域有著廣泛地運(yùn)用。（1） 某廠的20噸汽車起重機(jī)是動(dòng)壁式全回轉(zhuǎn)型液壓起重機(jī)，其額定起重量為20噸（幅度為3米），公路行駛最高車速

5、為65公里/小時(shí)。據(jù)反映該起重機(jī)在使用過程中曾經(jīng)出現(xiàn)過轉(zhuǎn)臺(tái)主梁斷裂的現(xiàn)象，而且轉(zhuǎn)臺(tái)的斷裂都發(fā)生在起重機(jī)的形式過程中。20噸汽車起重機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)是一個(gè)由型鋼和鋼板焊接起來(lái)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。當(dāng)起重機(jī)在不平路面上行駛時(shí)，由于回轉(zhuǎn)支撐座的振動(dòng)，使得轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和應(yīng)力，此振動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)過程，因此用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)化算法對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，是不可能得到滿意的計(jì)算結(jié)果的。采用動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)、信號(hào)分析、有限單元法等方法。對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。為了獲得真實(shí)載荷和應(yīng)力，在轉(zhuǎn)臺(tái)的支承圓周上布置了測(cè)振傳感器，并在危險(xiǎn)截面粘帖了電阻應(yīng)變器，在五種典型工況下進(jìn)行了道路實(shí)驗(yàn)，測(cè)取了隨機(jī)荷載和應(yīng)力信號(hào)，然后對(duì)實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)

6、分析。路面車速（km/h） 平坦柏油路50-65 不平坦柏油路50-65 碎石搓板路50-65 大碎石路30-40 干涸河床20-30按照下式功率譜計(jì)算公式進(jìn)行頻譜分析：達(dá)到了各種工況下各激振分量的峰值頻率及其幅值，這為結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)提供了重要的依據(jù)。（2） 基于MATLAB GUI 實(shí)現(xiàn)隨機(jī)信號(hào)的分析與處理選擇鳥叫聲為原聲音信號(hào)，分別觀測(cè)其時(shí)域和頻域波形，確定各自的功率譜特性，并播放各信號(hào)的聲音。將兩信號(hào)疊加構(gòu)成含噪信號(hào)，觀察含噪信號(hào)的頻域波形并播放其聲音，以驗(yàn)證汽笛對(duì)鳥叫聲的干擾。根據(jù)原聲音信號(hào)和噪音信號(hào)的功率譜特性設(shè)計(jì)成FIR數(shù)字濾波器，確定濾波器類型和相關(guān)參數(shù)，顯示濾波器的頻響特

7、性曲線，實(shí)現(xiàn)把汽笛聲從鳥叫聲中濾除出來(lái)的作用。在去噪信號(hào)分析模塊中，觀察去噪吸納后的時(shí)域和頻域波形相對(duì)比，在進(jìn)一步比較兩者的聲音以驗(yàn)證所涉及的濾波器對(duì)噪聲信號(hào)的濾波作用。從圖像可以看出，以MATLAB為軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)開發(fā)了隨機(jī)信號(hào)的分析與處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以隨機(jī)信號(hào)分析的基本理論和方法為基礎(chǔ)，通過對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析和功率譜密度分析，掌握了有用信號(hào)和噪聲信號(hào)的頻譜特性，設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器濾除噪聲信號(hào)，提取有用信號(hào)，完成對(duì)隨機(jī)信號(hào)的有效去噪處理。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面美觀大方，功能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷方便，并易于進(jìn)一步擴(kuò)展。(3)下圖是實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)6310型滾動(dòng)軸承利用壓點(diǎn)加速度傳感器檢測(cè)到的三種狀態(tài)（軸承正常

8、、軸承外環(huán)故障、軸承內(nèi)環(huán)故障）振動(dòng)加速度時(shí)間序列信號(hào)的時(shí)域歸一化波形，從圖中可見，正常軸承振動(dòng)信號(hào)基本上是平穩(wěn)隨機(jī)白噪聲信號(hào)，而故障軸承振動(dòng)信號(hào)則是飛平穩(wěn)隨機(jī)有色噪聲信號(hào)。4、 展望隨機(jī)信號(hào)分析基礎(chǔ)在我們現(xiàn)實(shí)生活中有廣泛的應(yīng)用。例如：機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)包含著非常豐富的狀態(tài)信息和故障信息。在時(shí)、頻域內(nèi)對(duì)其進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)故障信息的消噪、分解和解調(diào)，可以提高信號(hào)的信噪比和質(zhì)量。我們需要研究新的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸狻⒂行У倪吔缧?yīng)抑制和降噪方法。隨機(jī)信號(hào)理論分析分析研究隨機(jī)信號(hào)的特點(diǎn)及其處理方法在通信、雷達(dá)、自動(dòng)控制、隨機(jī)振動(dòng)、圖像處理、氣象預(yù)報(bào)、生物醫(yī)學(xué)、地震信號(hào)處理等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，并且也在軍事方

9、面信息化軍事的推進(jìn)起重要作用,還有許多新的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)在未來(lái)不斷被發(fā)掘。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，隨機(jī)信號(hào)分析理論將廣泛深入。參考文獻(xiàn) 1 清華大學(xué)數(shù)學(xué)系.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì).人民教育出版社.1979. 2 張賢達(dá)，保錚非平穩(wěn)信號(hào)分析與處理M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1998. 3 王宏禹非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)分析與處理M北京：國(guó)防工業(yè)出 版社，1999. 4 王宏禹.現(xiàn)代譜估計(jì)【M】.南京：東南大學(xué)出版社.1991. 5 楊叔子，吳雅，等.時(shí)間序列分析的工程應(yīng)用【M】.武漢.華中理工大學(xué)出 版社.1992. 6 陸爽.張子達(dá).李萌.現(xiàn)代信號(hào)分析在滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用.2004年全 國(guó)博士生學(xué)術(shù)論壇論文集（全國(guó)第2屆博士論壇）.2004.8.哈爾濱 7 張海勇一種新的時(shí)頻分析方法J火力與指揮控制，2000，25(3)：39-42. 8 張賢達(dá)，保錚非平穩(wěn)信號(hào)分析與處理M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1998. 9 宋寧.關(guān)華.經(jīng)典功率譜估計(jì)及其仿真J.現(xiàn)代電子技術(shù).2008. 31(11):1