基于混沌振子周期區(qū)域的微弱信號檢測方法

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1、第6期基于混沌振子周期區(qū)域的微弱信號檢測方法·51·基于更多電子資料請登錄賽微電子網(wǎng)www.srvee.com混沌振子周期區(qū)域的微弱信號檢測方法謝濤魏學(xué)業(yè)王鈺(北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院,北京100044)摘要:混沌振子微弱信號檢測方法中存在著輸出信號時域判別的抗干擾性差、寬頻率范圍信號檢測系統(tǒng)復(fù)雜等問題。本文利用混沌振子對噪聲處理的優(yōu)勢,提出一種新的強噪聲背景中微弱周期信號檢測方法。通過提取周期1外軌區(qū)域的Poincaré截面,得到一種頻率為振子周期策動力與待檢測信號頻率差的周期信號,而該周期信號對噪聲具有很強的抑制。應(yīng)用所提方法對一個頻率段

2、的正弦信號進行檢測,實現(xiàn)了低于-110dB信噪比條件下高斯白噪聲背景中正弦信號檢測。關(guān)鍵詞:Duffing振子；Poincaré截面；微弱信號檢測；周期區(qū)域；頻譜中圖分類號:TM93　　　文獻標(biāo)識碼:A　　　國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類代碼:510.4010MethodofweaksignaldetectingbasedonperiodicregionofchaoticoscillatorXieTaoWeiXueyeWangYu(BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044)Abstract:Thereareseveralp

3、roblemsinweaksignaldetectingmethodbasedonchaoticoscillator,suchasthebadanti-disturbanceperformanceoftimedomainidentificationonoutputsignalandthecomplexityofwide-rangefrequencydetectionsystem.Anovelweaksignaldetectingmethodunderstrongnoisebackgroundisproposedbytakingtheadvanta

4、geofchaoticoscillatoratnoisemanagement.ThePoincarésectioninperiod-1outerorbitregionisinterceptedinordertoobtainthenoiserestrainperiodicsignal,whichfrequencyequalsthedifferencebetweenoscillatorperiodicforceandthedetectedsignal.Theproposedmethodisusedforthedetectiononarangeofsi

5、nesignalandthecorrectdetectionisrealizedunderAWGNbackgroundof-110dBSNRbelow.Keywords:Duffingoscillator;Poincarésection;weaksignaldetection;periodicregion;spectrum第6期基于混沌振子周期區(qū)域的微弱信號檢測方法·51·1引言非線性系統(tǒng)復(fù)雜分叉、混沌等動力特性引起了工程應(yīng)用中的諸多問題,然而隨著認識的深入,發(fā)現(xiàn)這些特性可以提供一些新的方法。對初始條件和參數(shù)的敏感性是混沌系統(tǒng)的基本特征之一,這種

6、敏感性也為小信號的處理提供了新的思路。Wiesenfeld首先提出利用倍周期分岔通向混沌道路中分叉點對倍周期信號的放大作用進行信號放大[1],Derighetti等將該思路應(yīng)用于激光系統(tǒng)實現(xiàn)了小信號放大[2]。Brown提出利用混沌系統(tǒng)分岔點的敏感特性實現(xiàn)噪聲背景中信號的檢測[3],Wang等則在此基礎(chǔ)上利用Duffing振子混沌狀態(tài)到大尺度周期狀態(tài)的分岔實現(xiàn)了強噪聲背景下微弱正弦信號的檢測[4],Hu等對該混沌振子檢測方法作了進一步分析,并將其應(yīng)用于故障的早期預(yù)測[5]。針對檢測方法信噪比較低的問題,李月利用雙耦合混沌振子系統(tǒng)實現(xiàn)更強噪聲背景下

7、微弱正弦信號的檢測[6]。此外,裴留慶等對一種混沌同步系統(tǒng)進行研究,提出可利用該系統(tǒng)的一定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)信號的放大[7],何斌等則提出利用倍周期分岔區(qū)域的特性實現(xiàn)信號檢測的方法[8],Qu第6期基于混沌振子周期區(qū)域的微弱信號檢測方法·51·等利用一組差分方程的相軌跡改變實現(xiàn)齒輪箱的故障診斷[9]。這些提供了噪聲中微弱信號檢測的新思路、新方法,雖然依然存在一定問題,但已經(jīng)逐漸發(fā)展成微弱信號檢測領(lǐng)域的一個分支。本文對文獻[4]中的混沌振子方程進行分析,將檢測方法擴展到對周期區(qū)域的利用,提出一種新的強噪聲背景中周期信號檢測方法。2基于混沌振子的檢測方法基于混

8、沌振子的微弱信號檢測方法來源于混沌系統(tǒng)的非反饋擾動控制,特定頻率的小信號可將非線性系統(tǒng)由混沌狀態(tài)控制到穩(wěn)定的周期狀態(tài)。本文所采用方程形式