基于混沌振子和Lyapunov指数的微弱信号检测方法

分析了利用混沌振子的初值敏感性进行微弱信号检测的方法,同时对利用Lyapunov指数确定检测阈值的方法进行了研究。通过分析混沌振子的间歇混沌运动状态,发现在输入信号频率与策动力信号频率有微小差别时混沌振子输出信号发生间歇混沌现象,并且这个微小的频差可通过系统输出的间歇混沌信号估算出来。仿真实验表明基于混沌振子和Lyapunov指数的微弱信号检测方法可以很好的检测出信号并准确的计算出信号频率。

基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统设计

铁路轨道作为移频信号的传输载体,其对于信号对象传输轨迹疏密度的辨别能力,决定了轨道体系对移频信号的测量准确性;为实现对信号对象传输频率的准确辨别,设计基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统;将电源模块输出的电量信号,按需分配至STM32F103微处理器、移频信号辨别模块与DSP测量单元之中,完善各级应用部件之间的连接关系,实现铁路轨道移频信号测量系统的硬件方案设计;确定移频信号的Duffing振子描述条件,针对其定义形式,构造移频信号的相空间,完成对铁路轨道移频信号的提取;求解铁路轨道的Lyapunov指数,并构建移频信号的Duffing方程,确定混沌测量参数的取值范围,实现对铁路轨道移频信号的测量,联合各级应用部件,完成基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统设计;实验结果表明,上述系统测量所得信号传输轨迹疏密度与真实轨迹疏密度相似度较高,并且测量结果准确率最高值达到了84%左右,说明其能够实现对铁路轨道移频信号的准确测量。

基于Lyapunov指数的弱周期信号检测

分析了基于M e ln ikov法和相轨迹观察法的弱周期信号检测方法,针对该方法存在的检测精度低等不足,提出了基于Lyapunov指数法的弱周期信号检测方法。首先使用基于模型Lyapunov指数计算方法设置阈值,然后利用具有噪声的数据进行相空间重构并利用改进方法计算Lyapunov指数,并依此判断大尺度周期状态。该方法的特点是阈值设置精度高,可以实现自动识别。仿真结果验证了理论分析的正确性和有效性。

Lyapunov指数在弱2FSK信号检测中的应用

针对现有基于Duffing振子的2FSK信号检测方法在混沌临界阈值确定与相图判别两方面存在精度低、效率低的问题,提出了利用Lyapunov指数法确定阈值,并定量分析和判别检测系统输出状态的方法。在分析Duffing系统中Lyapunov指数算法的基础上,进行了仿真实验与分析,结果表明基于Lyapunov指数的2FSK信号混沌振子检测方法提高了阈值设置的精度,保证了2FSK信号检测的可靠性。

Lyapunov指数算法在微弱信号检测中的应用

基于MATLAB/Simulink仿真软件,分析了Holmes-Duffing系统检测弱正弦信号的原理和仿真实验步骤。通过仿真结果表明,直接从相平面图中肉眼观察混沌临界状态的阈值容易存在较大的人为误差。针对这个问题,提出了利用Lyapunov指数算法来定量地分析系统的动力学特征,并进一步研究了最大Lyapunov指数与系统状态之间的关系。对临界区域进一步取值发现其LE指数在零点振荡跳跃说明了该混沌系统正处于间歇临界态。最后通过对信噪比为-40dB的微弱信号进行检测来说明,采用Lyapunov指数算法能够更直观地判断微弱信号的存在,证明其检测方法的可行性。

基于最大Lyapunov指数的叠前地震弱信号检测

基于修正的Duffing-Holmes方程的混沌振子检测技术对微弱信号具有明显的优势,最大Lyapunov指数可定量判断和描述混沌系统状态。针对叠前CMP地震信号时距曲线的双曲线特征,将混沌理论引入叠前地震微弱信号检测中,设计利用最大Lyapunov指数检测地震弱信号的基本流程,取得了较好的效果。

Duffing振子的Lyapunov指数与Floquet指数研究

针对现有基于Duffing振子的信号检测与估计方法在确定振子相变临界阈值和Floquet指数曲线的临界分岔处位置两方面所存在的问题,本文在更大范围上对Duffing振子的Lyapunov指数曲线进行了研究,提出了振子相变临界阈值的改进判定方法和利用Lyapunov指数曲线来获得Floquet指数曲线临界分岔处的方法。理论分析和仿真结果表明,上述改进在不增加系统误报率的前提下,能有效降低系统的漏报率。

基于互相关和李雅普诺夫指数的微弱正弦信号混沌检测

微弱信号的幅值通常很小,且常被噪声淹没,难以检测。文中提出基于互相关和李雅普诺夫指数的微弱正弦信号混沌检测方法。该方法利用互相关方法对微弱正弦信号进行初步去噪,再利用混沌检测方法提取有效信号,以充分发挥互相关及混沌检测在噪声抑制及信号提取方面的优势;将最大李雅普诺夫指数作为判断混沌系统相变的量化依据,自动识别混沌系统的临界状态,从而准确给出用于确定微弱正弦信号幅值的策动力临界阈值。仿真实例分析表明,该方法能有效地检测出深埋于强噪声中的微弱正弦信号,且其检测精度较单独的互相关方法和混沌检测方法更优。

基于Lyapunov指数的水下目标信号混沌特征提取

以 Takens定理为基础 ,通过对几种不同类别舰船信号采用相空间重构 ,建立了混沌分析的数学模型 ,研究了它们的相空间轨迹结构并计算最大 Lyapunov指数。结果表明 ,不同类别的舰船信号具有不同的空间轨迹 ,且对应不同的最大 Lyapunov指数。这一结果为水下目标信号的检测与识别提供了新的理论和方法。

基于L-Y振子的弱信号检测分析

分析了L-Y振子的混沌特性,研究了基于相平面变化的微弱信号检测,利用Lyapunov指数定量分析法求出其混沌解,并用时序图进行了验证。仿真结果表明,L-Y振子只对与策动力同频率的微弱信号敏感,而对白噪声和其他微弱信号(即使有一定的相关性)有较强的免疫力,且将该振子应用于实际微弱信号的检测中具有一定的可行性。

基于混沌的微弱信号检测与分析

人们长期对微弱信号检测进行研究,主要包括微弱信号产生的原因以及噪声的分布规律,试图采用相关技术、统计理论等方法检测淹没在强噪声中的微弱信号,并取得来了很好的成果。随着对混沌理论的研究日趋成熟,利用混沌系统的特性进行微弱信号检测与分析也越来越受到更多的关注,并且已取得了很大的进展。本文针对含有自然对数项的T混沌系统,利用数值仿真方法对系统的相图,Lyapunov指数图进行了分析,同时给出了相应的电路系统,设计电路原理图,并进行了电路仿真,对文中论述进行了验证。

改进的Duffing振子逆相变弱信号检测

针对传统Duffing振子检测系统在正向相变时容易受过渡带影响并且噪声对检测系统也会产生影响的问题,提出融合高阶累积量和Duffing振子的逆相变混沌检测方法。该方法首先利用Lyapunov指数方法计算检测系统的临界阈值γ_d,令检测系统的周期策动力为γ_d,其次对待检信号通过计算其高阶累积量进行预处理,能够降低噪声功率,并得到谐波信号的幅度变化规律;然后,将经过预处理的待检信号输入至检测系统,利用Lyapunov指数得到在逆相变发生时对应的周期策动力幅值;最后,根据逆相变发生前后所对应的周期策动力幅值之差,计算出待检信号的幅值及检测信噪比。仿真实验结果表明所提方法可用于-50.97 dB信噪比下微弱正弦信号的检测,相比较传统的Duffing振子检测系统具有较好的检测效果。

基于Duffing振子的弱Chirp信号检测与参数估计

在超低信噪比下,针对chirp信号常规检测方法均失效．提出一种超低信噪比下chirp信号的检测与参数估计方法．该方法利用Duffing振子构建广义滤波器组,并以其最大Lyapunov指数的符号作为系统状态的判断标准．根据chirp信号的特征,将chirp信号的检测问题转化为一个周期信号检测的问题,使其满足Duffing振子的检测条件．获得调频斜率的估计后,构造一个新序列,再利用Duffing振子系统估计初频．为提高信噪比,本文还提出分段相关平滑的方法,使检测和估计性能得到提高．

改进高阶Vanderpol振子在微弱信号检测中的应用

在高精度的微弱光电信号检测系统中,存在信号被强噪声湮没的情况。针对这一问题,提出了一种基于改进高阶Vanderpol振子的微弱正弦信号定量检测方法。该方法利用改进高阶广义Vanderpol系统的高灵敏度与强抗噪性的特点提高了微弱信号检测的可靠性,再结合Lyapunov指数定量检测和90°移相补偿来实现混沌系统状态的量化判断和待测信号参数的高精度提取。仿真结果表明改进的Vanderpol振子比传统Vanderpol振子运算速度更快。与传统Duffing振子相比,在5%幅值检测误差范围内,改进的高阶广义Vanderpol系统可多获得37 dB的信噪比增益和60 dB的检测门限增益;与基于相轨迹突变定性检测待测信号幅相法相比,90°移相补偿幅相定量检测法在信噪比降低时其检测相对误差仍可控制在2%以内。改进算法实现了微弱正弦信号的高灵敏度和高精度的幅相检测。

基于改进Duffing振子的微弱信号检测方法

研究了一种基于改进Duffing振子的微弱信号检测方法,通过对比分析两种不同的Duffing振子系统的相图和Lyapunov指数图,改进Duffing振子在微弱信号检测方面较常规Duffing振子具有2个优势:能够有效的解决由于振子从混沌态转变到周期态存在过渡区而引起的漏判误判问题且对微弱信号的幅值估算更加准确;具有更好的噪声免疫性。仿真实验结果表明,改进Duffing振子能有效的检测出淹没在背景噪声中的信噪比为-43 dB的微弱信号,最后通过对早期故障轴承的微弱特征信号进行检测,验证所提方法可以应用于工程实际中。

基于双耦合Duffing振子的随机相位正弦信号检测

首先采用双耦合混沌振子阵列实现了随机相位微弱正弦信号的检测,在此基础上,提出了新的检测方法,即利用单个双耦合混沌振子,通过临界到混沌及周期状态的变化检测随机相位微弱正弦信号并大致估计信号相位范围。该方法比双耦合混沌振子阵列法简单,更易于实现。

基于混沌理论的涡街微弱信号检测方法研究

针对涡街流量传感器在小口径、低流速下信号微弱,易被强噪声淹没而难于提取的特点,提出了利用Duffing振子检测微弱信号的方法.通过仿真对涡街信号中含有白噪声以及谐波干扰的情况进行分析,仿真和实验均表明:这种基于混沌理论的微弱信号检测方法对涡街信号中较强的白噪声以及频差较大的谐波干扰具有很好的免疫力,并且通过计算最大Lya-punov指数的波动频率能够准确估计出涡街有用信号频率,实现低流速下涡街微弱信号检测.

扩展型Vanderpol振子的微弱信号检测的研究

微弱信号检测系统中,信号被强噪音湮没的情况及其普遍。针对这一问题提出了基于扩展型Vanderpol振子下微弱信号的定量检测方法。主要研究扩展型的Vanderpol振子的稳定性,通过李雅普诺夫指数判别系统在临界状态和大周期状态的位置,从而达到检测待测信号的提取并检测待测信号的相位和幅度;通过Melnikov方法分析,对电气设备索道的谐波信号检测,估算该微弱待测信号的相位、频率。仿真结果表明,改进的Vanderpol振子系统信噪比显著提高了70%,改进算法实现微弱信号的高精度和高灵敏的幅度和相位检测,具有较高的免疫能力和强抗噪比。

一种利用Duffing-Vanderpol振子估计弱信号相位的方法

根据Duffing-Vanderpol振子大周期态时的最大Lyapunov指数与系统策动力的关系,提出了一种基于该振子检测微弱信号相位参量的方法。该方法利用系统策动力与待测信号初始相位有关的特性,得到待测信号的初始相位,并将相位检测过程中噪声对系统的影响作为影响因子加以考虑。理论分析及数值仿真结果表明,该方法工程实现简单,抗噪性能好。当待测信号信噪比为-30d B时,均方误差仅为0.1,具有较高的估计精度。

Lyapunov特性指数用于混沌判据

针对系统动力学行为相变量上的判别依据问题,将Lyapunov特性指数作为混沌判据,引入微弱信号混沌检测领域。详细阐述了用于微弱谐波信号混沌检测系统的Lyapunov特性指数的计算方法,给出了Lya-punov特性指数与待测微弱谐波信号幅值间的关系曲线以及系统相变前后的Lyapunov特性指数的时间演化曲线。仿真实验证明了该算法的有效性,与Melnikov方法相比,以Lyapunov特性指数作为混沌判据具有计算简单、判别准确的优点。