ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 10 · РАДИОТЕХНИКА

Зависимость стохастического резонанса в нелинейной системе от характеристик каждого слагаемого аддитивной смеси

Ю.М. Вешкурцев1, Д.А. Титов2, А.С. Табакова2

1 Институт радиоэлектроники, сервиса и диагностики, Омск, Россия
2 Омский государственный технический университет, Омск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.10.12 УДК 621.396 : 521.19 EDN ZAVPCH

Аннотация

Исследована с помощью моделирования нелинейная система, построенная по схеме цифрового фильтра с использованием характеристической функции Ляпунова. Установлено явление стохастического резонанса в нелинейной системе при наличии аддитивной смеси квазидетерминированного сигнала и шума на входе системы. Стохастический резонанс более чем в 15400 раз улучшает отношение сигнал/шум на выходе системы по сравнению с его значением на входе системы. Улучшение соотношения сигнал/шум может быть другим и характеризует главный признак резонанса. Исследована зависимость признака стохастического резонанса от вариаций вероятностных характеристик квазидетерминированного сигнала и шума. Сделан анализ экспериментальных данных, описывающих значения признака и особенности эффекта стохастического резонанса в нелинейной системе. Впервые открыта связь значения признака резонанса с полной энергией периодического сигнала.

  • стохастический резонанс
  • квазидетерминированный сигнал
  • характеристическая функция Ляпунова
  • цифровой фильтр
  • помехоустойчивость цифрового фильтра
Abstract (in English)

Dependence of stochastic resonance in a nonlinear system on the characteristics of each additive component of the mixture

A nonlinear system was investigated using a modeling approach, constructed based on the scheme of a digital filter using the Lyapunov characteristic function. The phenomenon of stochastic resonance was observed in the nonlinear system when there was an additive mixture of a quasi-deterministic signal and noise at the system input. Stochastic resonance improves the signal-to-noise ratio at the system output by more than 15400 times compared to its value at the system input. The recorded number may vary and represents the main characteristic of the resonance. The dependence of the stochastic resonance characteristic on the variations of the probabilistic characteristics of the quasi-deterministic signal and noise was studied. An analysis of experimental data describing the values of the characteristic and the peculiarities of the stochastic resonance effect in the nonlinear system was performed. Additionally, a connection between the value of the resonance characteristic and the total energy of the periodic signal was discovered for the first time.

Для цитирования

Вешкурцев Ю.М., Титов Д.А., Табакова А.С. Зависимость стохастического резонанса в нелинейной системе от характеристик каждого слагаемого аддитивной смеси // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.10.12

Литература

  1. Вешкурцев, Ю. М. Стохастический резонанс в цифровом фильтре на основе характеристической функции Ляпунова / Ю. М. Вешкурцев, Д. А. Титов, А. С. Табакова. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.6.7 //Журнал радиоэлектроники. - 2023. - №. 6.
  2. Вешкурцев, Ю. М. Спектральные характеристики выходных сигналов цифрового фильтра в условиях возникновения стохастического резонанса / Ю. М. Вешкурцев, Д. А. Титов, А. С. Табакова // Теория и техника радиосвязи. - 2023. - № 2. - С. 28-37.
  3. Стохастический резонанс как индуцированный шумом эффект увеличения степени порядка / В. С. Анищенко, А. Б. Нейман, Ф. Мосс, Л. Шиманский-Гайер // Успехи физических наук. - 1999. - Т. 169, №. 1. - С. 7-38.
  4. Климонтович, Ю. Л. Что такое стохастическая фильтрация и стохастический резонанс? / Ю. Л. Климонтович // Успехи физических наук. - 1999. - Т. 169, № 1. - С. 39-47.
  5. Neiman, A. Stochastic resonance in bistable systems driven by harmonic noise / A. Neiman, L. Schimansky-Geier. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.72.2988 //Physical review letters. - 1994. - Vol. 72 (19). - P. 2988-2991.
  6. Can colored noise improve stochastic resonance? / P. Hänggi, P. Jung, C. Zerbe, F. Moss // Journal of Statistical Physics. - 1993. - Vol. 70. - P. 25-47.
  7. Neiman, A. Memory effects on stochastic resonance / A. Neiman, W. Sung // Physics Letters A. - 1996. - Vol. 223, no. 5. - P. 341-347.
  8. Левин, Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники / Б. Р. Левин. - 3-е изд. перераб. и доп. - Москва: Радио и связь, 1989. - 656 с. - ISBN 5-256-00264-3.
  9. Вешкурцев, Ю. М. Приборостроение на базе характеристической функции случайных процессов: моногр. / Ю. М. Вешкурцев, Н. Д. Вешкурцев, Д. А. Титов. - Новосибирск: Сибирская академическая книга, 2018. - 182 с. - ISBN 978-5-4379-0592-0.
  10. Вешкурцев, Ю. М. Фильтрация в пространстве вероятностей аддитивной смеси нецентрированного квазидетерминированного сигнала и шума / Ю. М. Вешкурцев, Н. Д. Вешкурцев, Д. А. Титов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2018. - №. 3. - С. 18-23.