基于Duffing振子的伪码调相线性调频复合调制引信干扰设计

针对现代战场伪码调相与线性调频(LFM)复合调制引信干扰技术的迫切需求,在研究伪码调相与线性调频复合调制引信信号激励的Duffing振子输出信号特性的基础上,提出了基于Duffing振子阵列同步性和频率变化关系特性的复合调制引信参数估计方法,并在参数估计的基础上进一步提出了复合调制引信干扰波形的设计方案。在仿真与实验分析中,将基于Duffing振子的参数估计方法与典型复合调制引信信号参数估计方法进行对比,分析了基于所提参数估计方法重构出的干扰信号对复合调制引信的作用效果,并与传统欺骗式干扰方法进行半实物实验对比和验证。仿真与实验结果表明:所提参数估计方法在-35 dB信噪比(SNR)下能得到较高精度的参数估计结果,且重构出的引信干扰信号在-20 dB信噪比下优于其他传统的欺骗式干扰信号。

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。

分数阶Rayleigh-Duffing系统的主共振

利用多尺度法研究了谐波激励下分数阶Rayleigh-Duffing系统的主共振。首先,利用多尺度法得到系统的一次近似解析解,通过数值仿真发现解析解与数值解吻合较好,验证了近似解析解的准确性;然后,建立了稳态解的幅频方程及相频方程,基于Lyapunov稳定性理论得到了稳态解的稳定性条件;最后,通过数值仿真并结合幅频曲线,分析发现非线性刚度系数、线性阻尼系数以及分数阶阶次等参数对系统动力学特性有重要影响,这对此类系统的优化和控制有重要意义。

准周期激励Duffing系统中奇异非混沌吸引子的判别方法

奇异非混沌动力学是非线性动力学领域中的新课题。本文以准周期激励Duffing振子为例,对其产生的奇异非混沌吸引子(strange nonchaotic attractors,SNAs)进行分析。通过三维庞加莱截面和定量方法如傅里叶变换、李雅普诺夫指数、李雅普诺夫维数、关联维数和盒维数检测SNAs是否存在。研究结果表明,傅里叶变换无法判断混沌与奇异非混沌行为。而李雅普诺夫指数、李雅普诺夫维数可以作为检测系统混沌与非混沌指标。关联维数和盒维数显著表明系统奇异与非奇异性,从而阐明适用于准周期驱动Duffing振子中存在SNAs的判别方法,并为其他类似系统检测SNAs提供指导。

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。

分数阶时滞反馈下Rayleigh-Duffing系统的主共振

利用平均法研究了在参数激励和外激励下,具分数阶时滞反馈的Rayleigh-Duffing系统的主共振.首先,通过平均法求得系统的近似解析解,并且通过数值方法验证了解析解的准确性.建立了稳态响应的幅频方程,并基于Lyapunov稳定性理论得到了稳态解的稳定性条件.最后通过数值仿真并结合幅频曲线分析了系统参数对系统动力学行为的影响.结果表明:参激幅值和外激励幅值造成的多解现象并不相同;时滞对系统幅频曲线的影响具有周期性.

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。

硬弹簧Duffing隔振系统的隔振性能与分岔分析

随着隔振技术发展,在低频处的有效隔振成为重要研究对象,加装非线性元件也是实现低频隔振的常用手段。Duffing系统是一种非线性隔振系统,用于描述在外部驱动力和非线性恢复力作用下的振动现象,现广泛应用于微弱混沌信号检测,以该隔振系统为对象,运用Matlab对模型进行模拟分析研究其力传递率从而分析其整体与低频处隔振性能受参数的影响。利用分岔图配合相图和时域图研究硬弹簧Duffing隔振系统的动力学特性。

含平方阻尼项的Mathieu-Duffing系统混沌与分岔研究

旨在研究含平方阻尼项Mathieu-Duffing系统的共振与混沌。利用多尺度法探究系统在参数和受迫联合激励作用下主共振的幅频与相频特性。基于Lyapunov第一方法给出定常解的稳定性条件并判定系统存在的周期解支。依据系统异宿轨道参数方程推导系统出现异宿轨道横截相交及系统发生混沌的必要条件。根据分岔图、相轨迹图以及Poincare截面研究激励幅值与激励频率对系统进入混沌运动性态的影响,证实激励频率与激励幅值的变化均可导致系统经倍周期分岔进入混沌状态。

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。

基于Duffing振子的弱正弦信号检测方法研究

数值仿真发现,通过设置Duffing振子初值和参考信号初相使其满足一定关系,Duffing振子从大周期态向混沌态的转变(正向相变),比较其从混沌态向大周期态的转变(逆向相变),对周期策动力的幅值体现出了更稳健的敏感性.据此,提出了一种利用Duffing振子逆向相变实现弱正弦信号检测的方法,分析了其可行性,并通过仿真与传统的检测方法进行了对比.数据表明,相同条件下,所提检测方法具有更高的检测精度.此外,根据相空间分布特点,提出了一种相轨迹运动状态的判别方法.该判别方法计算量小,并具有较好的实时性,通过仿真验证了该方法的正确性.

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。

联合增益递推的Duffing系统弱信号检测算法

相变判别在Duffing振子弱信号检测中具有至关重要的作用,传统的判别算法复杂度高而精度低,限制了Duffing振子的应用,因而需要寻求更优的判别算法.本文通过欧拉方程建立正弦策动力Duffing振子的状态方程,并对Duffing系统进行滤波估计,推导出系统扩展卡尔曼增益的递推表达形式,以此为据提出了一种联合卡尔曼增益递推方程判别Duffing系统状态的新方法,同时根据增益随信号幅度变化的规律,提出了运用联合系统对弱信号进行定性和定量检测的方法,仿真验证表明,该方法可有效地对弱信号进行检测,相比传统Lyapunov指数判别法,运算耗时降低了两个数量级,且运算精度得到了显著提高.

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。

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。

谐和与窄带随机噪声联合作用下Duffing系统的参数主共振

研究了Ｄｕｆｉｎｇ振子在谐和与窄带随机噪声联合激励下的参数主共振响应和稳定性问题．用多尺度法分离了系统的快变项，并求出了系统的最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数．本文还分析了失稳及跳跃现象，及系统的阻尼项、非线性项、随机项、确定性参激强度对系统响应的影响．数值模拟表明本文提出的方法是有效的．

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.

Duffing振子信号检测方法用于配电网单相故障接地保护

Duffing振子信号检测技术利用混沌系统的分岔特性来检测外界信号,将待测信号作为Duffing方程周期策动力的摄动,利用初值敏感性可以获得很高的测量灵敏度和良好的抗噪性能。基于Duffing振子信号检测技术提出一种新型的单相接地故障选线方法。故障后故障线路和非故障线路零序电流将使Duffing振子系统分别处于大周期或混沌状态,据此可以选出故障线路,从而将选线问题转化为待测故障信号从无到有的敏感检测问题,简化了选线过程,抗噪性能好,提高了接地保护的灵敏度。文中给出了该方法的具体实现步骤。采用虚拟仪器技术,开发了基于混沌选线方法的小电流接地系统单相接地故障选线仪。实验室物理模拟实验和现场录波数据分析结果证明了该方法的可行性和有效性。

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。