基于混沌振子的微弱水下目标信号检测研究

论文摘要

水声信号检测技术在海军国防建设中具有重要的理论意义和军事应用价值。复杂海洋环境噪声背景下，低信噪比水声信号的检测与处理是当前水声界研究的热点，也是困扰水声界的一大难题。随着混沌理论的迅速发展，混沌理论应用于水声信号的检测与处理已经引起国内水声界的高度重视，取得了一定的成果。 本文开展了将混沌理论应用于低信噪比水下目标信号检测的研究工作。提出了利用Duffing方程构造的混沌振子检测系统进行弱水下目标信号检测的基本思想及具体实现方法。研究了根据系统相轨迹的变化来判断目标信号中是否含有周期信号的混沌振子检测方法，并对实际应用中出现的基本问题进行了初步的探讨。理论与实验证明了该方法的有效性和独特的优点。 本文主要进行了如下工作： 1．构造了对单频正弦信号和方波信号进行检测的混沌振子检测系统，分析了检测系统随内置信号幅值变化所经历的几种不同运动状态。对白噪声和色噪声影响下的正弦信号和方波信号进行了检测，分析了系统的检测性能。 2．建立了对一般周期信号进行检测的混沌振子检测系统。对一类周期小信号和一类脉冲小信号进行了检测，分析了系统的检测性能，验证了系统对任意波形的周期信号具有较好的检测效果。从而为该系统进行实际信号检测打下了很好的基础。 3．应用一般周期信号检测系统对实测舰船信号进行了实际检测，分析了数据中是否含有周期信号分量，并给出了检测结果。 4．分析了混沌检测系统的一些特征参数。利用Melnikov函数法判断系统出现混沌的阈值，同时通过分析计算系统的Lyapunov指数来有效确定系统由临界混沌到大尺度周期状态的分界线，给出了判定系统状态的一个定量的标准。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 混沌用于弱目标信号检测的动态及研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 混沌理论简介
• 2.1 什么是混沌
• 2.1.1 混沌运动的特征
• 2.1.2 混沌的数学定义
• 2.2 耗散系统中的混沌与奇怪吸引子
• 2.2.1 吸引子
• 2.2.2 混沌吸引子和奇怪吸引子
• 2.3 混沌产生的机理
• 2.4 本章小结
• 第三章 Duffing振子对正弦信号的检测
• 3.1 混沌方法检测微弱信号分析
• 3.2 正弦信号检测系统建立及其动力学行为
• 3.3 混沌的判据和Melnikov方法
• 3.3.1 混沌现象的几种研究方法
• 3.3.2 混沌现象判别准则
• 3.3.3 Melnikov方法介绍
• 3.4 Lyapunov指数
• 3.4.1 由系统方程确定系统Lyapunov指数
• 3.4.2 由时间序列计算系统最大Lyapunov指数
• 3.5 噪声背景下正弦信号的检测
• 3.5.1 白噪声背景下正弦信号检测
• 3.5.2 色噪声背景下正弦信号检测
• 3.6 正弦信号混沌检测系统阈值的确定
• 3.7 正弦信号混沌检测系统的Lyapunov指数与混沌分叉阈值
• 3.8 本章小结
• 第四章 Duffing振子对方波信号的检测
• 4.1 方波检测的Duffing方程
• 4.2 方波信号检测系统的动力学行为
• 4.3 方波信号混沌检测系统阈值的确定
• 4.4 噪声背景下方波信号的检测
• 4.4.1 白噪声背景下方波信号检测
• 4.4.2 色噪声背景下方波信号的检测
• 4.4.3 输入为两个不同频率的方波信号系统的响应
• 4.4.4 加噪前后系统不同运动状态时系统最大Lyapunov指数变化
• 4.5 本章小结
• 第五章 一般周期信号的混沌检测
• 5.1 一般周期信号混沌检测模型
• 5.1.1 系统的动力学行为
• 5.1.2 系统的Lyapunov指数谱
• 5.2 一般周期信号检测
• 5.2.1 对一类周期小信号的检测
• 5.2.2 加入两种不同频率的信号时系统的响应
• 5.2.3 周期脉冲信号的检测
• 5.3 几种不同内置信号的混沌检测图例
• 5.4 本章小结
• 第六章 实测舰船数据周期信号的检测
• 6.1 舰船信号的产生机理
• 6.2 舰船辐射噪声信号频谱估计
• 6.3 舰船线谱分布的混沌检测
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢