基于MATLAB的变尺度随机共振信号增强与检测系统

资 源 简 介

本系统利用MATLAB实现变尺度随机共振算法，通过调节非线性系统参数在噪声辅助下产生共振，有效增强微弱信号并提升检测性能。适用于生物医学、通信等领域的信号处理应用。

详 情 说 明

基于MATLAB的变尺度随机共振信号增强与检测系统

项目介绍

本项目实现了一种基于变尺度随机共振（Variable-Scale Stochastic Resonance）的弱信号检测与增强系统。系统通过调节非线性双稳态系统的尺度参数，在噪声辅助下产生共振现象，从而有效增强微弱周期信号的检测能力。该系统特别适用于信噪比极低的场景，如生物医学信号处理、机械故障诊断、环境振动监测等领域。

功能特性

• 变尺度随机共振算法：采用非线性双稳态系统模型，通过尺度参数调节实现最优共振效果
• 参数自适应优化：智能调节尺度参数范围，自动寻找最佳共振点
• 多尺度分析能力：支持多尺度参数扫描，全面分析信号在不同尺度下的共振特性
• 可视化分析界面：提供共振效果对比图、参数优化轨迹、频谱分析等可视化工具
• 性能量化评估：自动计算信噪比提升倍数，生成详细的处理效果分析报告
• 参数敏感性分析：评估关键参数变化对系统性能的影响程度

使用方法

基本使用流程

1. 准备输入信号：准备包含噪声的微弱周期信号数据（.mat文件或数值数组）
2. 配置系统参数：

- 设置信号采样频率（Hz） - 定义初始尺度参数范围 - 配置双稳态系统参数（势垒高度、势阱位置） - 调整噪声强度调节系数

1. 设置处理参数：

- 指定尺度变化步长 - 设定迭代次数阈值 - 确定信噪比优化目标值

1. 执行信号增强：运行主程序进行处理
2. 分析处理结果：查看输出的增强信号和分析报告

参数配置示例

% 基本参数配置 fs = 1000; % 采样频率 1000Hz scale_range = [0.1, 5.0]; % 尺度参数范围 a = 1.0; % 双稳态系统参数a b = 1.0; % 双稳态系统参数b noise_coeff = 0.5; % 噪声强度调节系数

% 处理参数 step_size = 0.1; % 尺度变化步长 max_iterations = 100; % 最大迭代次数 target_snr = 10; % 目标信噪比

系统要求

软件环境

• MATLAB R2018a 或更高版本
• 必需工具箱：

- Signal Processing Toolbox - Optimization Toolbox - Statistics and Machine Learning Toolbox

硬件建议

• 内存：至少 4GB RAM
• 处理器：Intel Core i5 或同等性能以上
• 硬盘空间：至少 1GB 可用空间

文件说明

主程序文件实现了系统的核心处理流程，包括信号预处理、变尺度随机共振算法执行、参数自适应优化、共振效果评估以及结果可视化等功能。该文件整合了双稳态系统建模、尺度参数扫描优化、信噪比计算分析等关键模块，能够完成从原始信号输入到增强结果输出的完整处理链条，并生成包含参数优化轨迹和性能对比图的分析报告。