非共振参数混沌控制在微弱信号检测中的应用研究

论文摘要

将强噪声背景下的微弱信号检测出来是信号检测领域的一个热门研究方向,利用混沌振子可在极低的信噪比条件下实现对微弱信号的有效检测,对混沌振子进行有效的控制是利用混沌振子进行微弱信号检测的前提,混沌电路则有利于混沌振子检测方法在工程领域中的应用。本文在基于非共振参数混沌控制的微弱信号检测和混沌电路设计方面开展了如下工作:(1)基于非共振参数策动混沌控制方法对Chen系统的混沌控制问题进行了研究,使用频率远大于系统平均频率的谐波信号作为控制信号,将控制系统中的系统变量分解为慢变量与快变量之和,其中慢变量依据系统的平均频率变化,快变量依据谐波控制信号的频率变化,然后利用平均法对控制系统进行处理得到慢变系统;根据慢变系统的动力学性质,得出所用控制参数应满足的条件。数值仿真结果证实此方法可以使控制系统迅速达到目标状态,并且在控制信号受到噪声干扰时,在一定信噪比范围内仍能对系统进行有效的控制,证明了该方法的可行性。(2)基于Chen系统建立了微弱信号检测模型。首先利用平均法对检测系统进行处理得到慢变系统;然后根据慢变系统的动力学性质,得出让系统状态由周期态稳定到原点的检测参数阈值。通过调节检测参数,并观测系统状态变量的变化可判断待测信号是否存在。仿真结果证明该方法可以对强噪声背景下的微弱谐波信号进行有效的检测。与目前其它基于混沌振子的微弱信号检测方法相比较,该方法可通过理论分析准确的计算出检测参数的临界值,并且计算过程简单,适合在相关领域推广应用。(3)基于混沌系统设计思想,设计了一个新的三维二次自治混沌系统。通过计算系统的Lyapunov指数谱和Lyapunov维数,以及系统的分岔图和庞加莱(Poincare)截面等,对系统的基本动力学特征进行了研究。然后,基于这个新的混沌系统模型,利用基本运算电路和相关元件设计了混沌电路,并建立起系统参数和电路参数的对应关系,运用Pspice软件对电路进行了仿真实验,证实了分析的正确性。本文提出的混沌系统和电路,以及对Chen系统在微弱信号检测领域中应用的探索,在相关领域具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 混沌电路与基于混沌理论的信号检测研究现状
• 1.3 本文的结构与安排
• 第2章 混沌系统研究方法
• 2.1 混沌的基本特性
• 2.1.1 Lyapunov 特征指数
• 2.1.2 分岔
• 2.1.3 混沌吸引子与庞加莱截面
• 2.2 混沌电路设计
• 2.2.1 基本方法
• 2.2.2 基于运算电路的混沌电路设计
• 2.3 非共振参数策动混沌控制方法
• 2.3.1 平均法
• 2.3.2 控制原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 Chen 系统的非共振参数控制及其应用
• 3.1 Chen 系统的数学模型与基本性质
• 3.2 Chen 系统的非共振参数控制
• 3.2.1 控制系统模型
• 3.2.2 如何选定控制参数值
• 3.2.3 仿真实验与分析
• 3.3 Chen 系统在微弱信号检测中的应用
• 3.3.1 检测原理与方法
• 3.3.2 数值仿真与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 一个新的自治混沌系统分析及其电路设计
• 4.1 系统模型及其基本动力学特性
• 4.1.1 耗散性
• 4.1.2 平衡点
• 4.1.3 分岔图和 Lyapunov 指数谱
• 4.2 典型混沌吸引子分析
• 4.2.1 单涡旋吸引子
• 4.2.2 双涡旋吸引子
• 4.3 系统的电路设计与仿真
• 4.3.1 电路设计
• 4.3.2 电路仿真
• 4.4 本章小结
• 总结和展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间撰写的论文