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。

基于改进型Duffing振子的微弱信号检测研究

传统的微弱信号检测在检测信噪比很低的信号时效果不理想,针对在强噪声背景下微弱信号的检测问题,提出了一种由单Duffing振子建立混沌系统的非线性恢复力项用-x^5+x^7来代替的改进方法,与传统Duffing振子检测系统相比具有更强的鲁棒性.阐述了基于相平面变化进行微弱信号检测的工作原理.对时间尺度进行变换,实现了对任意未知微弱周期信号的检测,通过对噪声背景中的微弱周期信号检测进行仿真实验,最后通过真实的故障轴承信号检测验证,都获得较好的效果,为工程实际应用提供了一种可鉴的方法.

基于Duffing振子的弱正弦信号检测的改进

提出了一种基于Duffing混沌振子弱正弦信号的检测方法;为了能够检测更加微弱正弦信号的频率,对Duffing系统相关参数加以调整,使系统阈值与微弱正弦信号幅值大致相当;采用Duffing振子阵列法检测微弱正弦信号频率,在检测精度较高的前提下,缩小振子间频率比,增加振子数量;实验仿真表明可以检测幅值最低为0.002V的弱正弦信号。

基于改进型Duffing振子模型的ZPW-2000移频信号检测方法研究

为了解决传统Duffing振子检测系统中由于待测信号存在初相角而导致可能出现检测盲区的问题,通过分析Duffing方程得到检测盲区所处的范围,提出一种构造相移量的方法实现检测盲区的消除,仿真验证了该方法的可行性。将改进后的Duffing振子检测系统运用于ZPW-2000移频信号的检测,分别给出载频与低频的检测步骤。仿真结果表明,构造相移量的方法可实现对具有任意初相角的ZPW-2000移频信号的检测,在低频检测环节提出一种基于Hilbert变换包络检测的方法,得到了精确的低频信号。将此方法与传统方法进行比较,发现其检测信噪比至少提高30dB。

基于改进型Duffing振子的ZPW-2000移频信号检测

研究目的:针对传统Duffing振子在ZPW-2000移频信号检测时存在小频率参数限制、初相角导致的检测盲区及对检测结果只是定性判断的问题,本文在检测方法上做出改进,得到一种改进型Duffing振子检测系统。研究结论:(1)对传统Duffing方程进行广义时间尺度变换,得到可检测任意频率信号的检测模型;(2)对待测信号存在初相角而可能使检测出现盲区的情况,使内策动力产生一定的相移量来实现检测盲区的消除;(3)为了得到准确的检测结果,在对相图及时域图定性判断的基础上,提出一种基于检测统计量的定量方法对检测结果实现精确判定,通过仿真验证得出此方法的检测精度高于定性判断;(4)将改进后的Duffing振子检测系统首次应用于ZPW-2000移频信号的检测,给出了检测步骤,仿真结果表明改进后的Duffing振子检测系统可在低信噪比下实现ZPW-2000移频信号的检测;(5)本研究成果可在强噪声背景条件下进行ZPW-2000移频信号的准确检测。

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VMD和Duffing振子算法的配电网差动保护

配电网经消弧线圈接地,发生单相接地故障时,存在着故障特征弱、不明显的特点,很难准确找到故障线路,近年来随着通信等相关技术的发展,差动保护成本不断降低,使得配网差动保护的实现成为可能。提出变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)和Duffing振子系统相结合的选线方法,VMD获取暂态零序电流的高频分量,将线路两侧高频零序电流相位差加入Duffing系统中,通过分析线路两侧高频分量相位差和Duffing系统状态的联系,构造了基于动态时间弯曲(dynamic time warping,DTW)描述系统状态变化的区内区外故障判据,实现故障准确定位,最后通过数值仿真证明该选线方法在不同过渡电阻、有分布式电源等情况下能够快速、准确定位线路上发生单相接地故障的区段,验证了该方法的有效性。所提故障区段定位算法可以有效提取故障特征,提高了保护的可靠性和选线的准确率。

基于Duffing混沌振子的长壁采煤机链轮摆线齿廓生成方法

长壁采煤技术的链轮摆线齿廓对采煤效率和安全至关重要,但其生成过程受开采不确定性影响,特征选择和提取难度大,难以满足高效安全采煤需求。因此,本文提出基于Duffing混沌振子的长壁采煤机链轮摆线齿廓生成方法。利用反转法建立摆线齿廓方程,推导摆线齿廓结构参数;结合实际啮合状态与应用原理,采用展成法对应切齿过程,修正链轮摆线齿廓几何参数;基于Duffing混沌振子构建动力学模型,在非线性周期驱动下描述齿廓几何参数变化过程,生成长壁采煤机链轮摆线齿廓。实验结果表明:在给定设计参数下,研究方法的径向位移、轴向位移,以及法向偏角均与理论值的偏差小,满足周向侧隙和齿廓间隙要求,能够保证采煤机链轮应用过程中的啮合状态和使用寿命。

基于改进型Duffing振子模型的变压器局部放电信号检测方法

针对现有Duffing振子在微弱信号检测方面存在的局限性,提出了一种基于改进型Duffing振子的微弱脉冲信号检测的新方法。考虑到变压器局部放电信号的检测涉及到广谱信号的检测问题,而且改进型Duffing振子的临界混沌幅值不会随振子的激励频率和采样频率的改变而发生明显变化,因而有效避免了现有Duffing振子只能检测低频信号的局限性。仿真结果表明,在强噪声背景下,基于改进型Duffing振子的变压器局部放电微弱脉冲信号的检测方法不仅具有良好的噪声免疫特性,而且具有高精度的检测结果,在变压器局部放电信号检测领域中具有重要的应用价值。

基于Duffing振子信号检测的户变关系识别方法

针对传统特征电流识别法在接收识别精度上的局限,该文提出了一种基于Duffing振子的特征电流信号检测方法。该方法利用Duffing振子系统对初值的敏感性和良好的抗噪声特性,通过观察或监测系统相轨迹变化定性分析Duffing振子系统的临界状态。融合终端发起拓扑识别命令,出线监测单元产生和发送特征电流信号,并将提取的待测信号作为Duffing振子检测系统的输入。当待测信号中含有与Duffing振子系统同频率的分量时,通过定量计算系统临界阈值,实现对已知频率特征电流信号的检测。在仿真试验中,借由加入待测信号前后系统状态变量样本熵值的变化情况,精准判断Duffing振子系统的临界阈值的变化。仿真结果证明该方法可实现对指定频率特征电流信号的高效检测,显著提升了配电网户变关系识别的可靠性。

基于改进双耦合Duffing振子的微弱信号检测方法

针对传统的混沌振子检测强噪声背景下弱信号时存在抗噪性差、易出现相位变化不稳定等问题,结合集合经验模态分解(EEMD)提出一种改进型双耦合Duffing振子系统对强噪声背景下的微弱信号进行检测的算法,并用该检测系统对强噪声背景下微弱正弦信号进行分解并检测。结果表明该检测系统解决了检测多个周期分量的含噪声信号时的模态混叠问题;得出改进型双耦合Duffing振子系统能准确、快速地检测强噪声背景下的弱信号;该方法检测精度高、适应性强,为检测任意频率的弱信号提供了一种新方法。

EMD及Duffing振子在小电流系统故障选线方法中的应用

针对小电流系统发生故障时,各线路零序电流的非平稳、非线性等复杂特性,给出一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和Duffing振子检测的方法。EMD方法具有很好的自适应性,而Duffing振子系统对于与内驱动力同频的外界信号具有高度敏感性。首先对故障零序电流进行EMD分解,提取出第1个内禀模态函数作为故障零序电流特征量;然后提出特征量中的五次谐波分量,将其输入到Duffing振子中,通过系统相图变化来确定当前线路是否发生故障。对各条线路进行不同条件下故障模拟,仿真结果证明了该算法的可靠性。

Duffing振子微弱信号检测方法的统计特性研究

利用混沌振子可以检测极其微弱的信号，并且具有很多优点.本文根据随机微分方程理论，通过对噪声经过Duffing系统后统计特性的分析，确定了采用此方法检测的信噪改善比，从而为该方法的实际应用提供了指导并且，本文针对周期系数线性微分方程的特点。

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Duffing振子的微弱正弦信号检测方法研究

利用混沌振子系统的初值敏感性和对噪声的免疫力检测微弱正弦信号，可以获得很高的检测灵敏度和很好的抗噪性能。文中分析了待测正弦信号幅值和相位对混沌系统状态的影响。基于Duffing振子系统的相变特性，提出了检测微弱正弦信号幅值和相位的新方法，即：反相补偿幅值检测方法和三分对称相位检测方法，介绍了检测的原理和具体实现步骤；利用Duffing方程的位移X波形的包络特性，提出了适合于含噪声情况的混沌特性自动判别方法，以正确判别混沌系统的状态并应用于文中的信号检测方法之中。最后，将该方法和最大似然法进行了比较。数字仿真结果证明了文中所提方法的可行性和有效性。只需改变策动力的频率，该方法即可适用于检测各种频率的微弱正弦信号，对于扩大光传感器的测量范围、电力系统谐波分析等应用具有实用价值。

基于强耦合Duffing振子的微弱脉冲信号检测与参数估计

耦合Duffing振子在检测强噪声中的微弱脉冲信号时具有可检测信噪比低等优点,但目前检测模型还存在系统性能与初始状态有关、只能工作在倍周期分岔状态等缺陷.为此本文构建了一种能克服上述缺点的新的微弱脉冲信号检测模型,通过对两个Duffing振子同时施加较大的恢复力和阻尼力耦合,可使振子间产生广义的"阱内失同步"现象,基于这种现象可实现微弱脉冲信号的检测与恢复.以信噪比改善和波形相似度为衡量指标,研究了周期策动力幅值与周期、耦合系数、计算步长、阻尼系数等参量对模型信号检测与波形恢复效果的影响.对方波、双指数脉冲和高斯导数脉冲进行检测和恢复的实验结果表明,本文所构建的模型能够在较低信噪比条件下有效地检测并恢复出高斯白噪声背景中的微弱脉冲信号,进而改善了现有的Duffing振子对非周期脉冲信号的检测能力并扩展了其应用领域.

基于Duffing振子的天然气管道泄漏检测方法

针对天然气管道泄漏因泄漏声波信号信噪比(SNR)过低而难于检测的问题,研究了基于Duffing振子的天然气管道泄漏检测方法。该方法将待检测数据输入Duffing振子系统,以振子系统的状态转化实现非周期信号中周期信号的检测。为了更好地提高Duffing振子的检测性能,在Duffing振子设计阶段,以随机共振的有关理论为基础,通过对系统输出信噪比的优化来实现Duffing振子的参数设计。基于实际天然气管道泄漏数据的测试结果表明,所提出方法可在低信噪比(-68dB)的情况下有效检测出泄漏,具有较好的检测性能。

驱动输入白噪声对Duffing振子运动影响分析

强噪声背景下混沌弱信号检测是利用弱信号的周期扰动使系统运动状态发生改变实现的,研究了数值解算时计算步长和驱动输入白噪声对弱信号检测中Duffing振子运动特征的影响,重点研究了对Duffing振子混沌临界态和大尺度周期态的影响,结果表明采用数值解算的步长不同系统运动状态不相同,与统计意义下任何零均值噪声都不会改变系统原有运行轨迹不同,不同功率的驱动输入白噪声会导致系统状态改变,分析了产生原因。

用相位差值判别Duffing振子相变的新方法

针对Duffing振子微弱信号检测中相变(即混沌态与大尺度周期态状态的转变)判别算法复杂、计算量大等问题,推导了对Holmes型Duffing振子的增量谐波法求解方程,根据计算结果分析了相变过程中系统解的谐波特性,利用系统解与周期策动力的相位变化规律,提出一种用相位差值来判别相变的新方法。数值仿真和实验测试表明,在强噪声背景下系统相轨迹波动严重,但该方法仍能对系统相变实时准确地判别。