双耦合Duffing振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法
【专利摘要】本发明公开了双耦合Duffing振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法，包括以下步骤:(1)构建双耦合Duffing振子微弱信号检测系统方程，分析系统的各状态，确定临界混沌状态参数；(2)建立双耦合Duffing振子阵列检测模型，设置方程参数；(3)对待检测信号进行频谱分析，得到待检信号所包含频率的估计值；(4)对待检信号进行尺度变换，确保信号在振子阵列的检测范围之内；(5)将经过尺度变换后的待检信号输入到双耦合Duffing振子阵列中，计算出待检信号精确的频率构成。本发明方法采用双耦合Duffing振子系统与变尺度相结合来检测微弱周期信号，克服了常规的Duffing振子系统只能对较低频信号进行检测的缺陷，实现了对高频微弱信号的检测。
【专利说明】双耦合Duff i ng振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微弱信号检测【技术领域】，具体涉及双耦合DufTing振子与变尺度相结 合的微弱信号检测方法。 技术背景
[0002] 信号检测技术在工程领域有着广泛的应用，微弱信号是用常规方法不能检测到的 微弱量，如弱光、弱声、微电流等，微弱信号的检测在雷达、声纳、振动测量、故障诊断、通信 等领域有着极其广泛的应用，所以微弱信号的检测一直是国内外学者研宄的热点。传统上 微弱信号检测的方法主要是滤除或抑制噪声，但是这种方法可能会损害有用信号。
[0003] 利用混沌振子检测微弱信号具有灵敏度高、抗噪声能力强的优点，该方法在微弱 周期信号检测方面的应用越来越广泛。
[0004] 近年来，基于DufTing振子的混沌检测系统对微弱信号检测的研宄尤为突出。目 前的许多研宄成果分别从理论分析论证和仿真验证等方面基于DufTing振子对微弱周期 信号的混沌检测进行了研宄，为基于该理论实现对工程中常见信号在强噪声背景下的检测 应用提供了依据。
[0005] 基于DufTing振子的常规检测方法存在着缺陷，那就是系统受到小频率参数的限 制，只能检测较低频的微弱信号。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种多频微弱周期信号的检测方法，及双耦合 Duffing振子与变尺度相结合对高频微弱周期信号检测的方法。
[0007] 为了解决上述问题，本发明是按如下方式实现的：一种基于双親合Duffing振子 与变尺度相结合的微弱周期信号的检测方法，其内容包括以下步骤：
[0008] (1)构建双耦合Duffing振子微弱信号检测系统方程，分析系统的各状态，确定临 界混纯状态参数；
[0009] (2)建立双耦合Duff ing振子阵列，设置方程参数；
[0010] (3)对待检测信号进行频谱分析，得到待检测信号所包含频率的估计值；
[0011] (4)对待检测信号进行尺度变换，确保信号在振子阵列的检测范围之内；
[0012] (5)将经过尺度变换处理后的待检测信号输入到双耦合Duffing振子阵列中，计 算出待检测信号精确的频率构成。
[0013] 进一步的，在步骤（1)中所述构建双耦合Duffing振子微弱信号检测系统方程，就 是建立方程式：
【权利要求】
1. 双耦合Duffing振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法，其特征在于，包括以下 步骤： (1) 构建双耦合DufTing振子微弱信号检测系统方程，分析系统的各状态，确定临界混 纯状态参数； (2) 建立双耦合Duffing振子阵列，设置方程参数； (3) 对待检测信号进行频谱分析，得到待检测信号所包含频率的估计值； (4) 对待检测信号进行尺度变换，确保信号在振子阵列的检测范围之内； (5) 将经过尺度变换处理后的待检测信号输入到双耦合Duffing振子阵列中，计算出 待检测信号精确的频率构成。
2. 根据权利要求1所述的双耦合Duffing振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法， 其特征在于：在步骤（1)中所述构建双耦合Duffing振子微弱信号检测系统方程，就是建立 方程式：
式中，k为阻尼系数，m为耦合系数，F为内置周期策动力的幅值，-x3+x5为非线性恢复 力项。
3. 根据权利要求1所述的双耦合Duffing振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法， 其特征在于：在步骤（2)中，所述建立双耦合Duffing振子阵列，就是使用一个有限的阵列， 将振子阵列中各个振子的固有频率限制在lrad/s和lOrad/s之间，并使之成为一个等比数 列； 根据所建立的振子阵列得到双耦合Duffing振子的检测模型为： 式〒，ω=〈ω(|+Δω; ，
ω。= 1，1衣不弟1个派卞，Δω表示相邻振子的频 差，S(t)表示待检测的多频微弱信号。
4. 根据权利要求1所述的双耦合Duffing振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法， 其特征在于：在步骤（2)中，所述设置方程参数，其设置原则是：内置周期策动力的幅值F 能够使得双耦合DufTing振子系统处于混沌临界状态；相邻振子的频差值能够确保系统可 以观察到明显的间歇混沌现象；设置双耦合Duffing振子阵列的方程参数为：k= 0. 5，m= 1，F= 0· 717,Δω= 〇· 〇3〇
5. 根据权利要求1所述的双耦合Duffing振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法， 其特征在于：在步骤（3)中，所述对待检测信号进行频谱分析，就是得到待检测信号中所包 含分量频率的估计值，判断频率值是否在双親合Duffing振子阵列的检测范围之内，确定 是否需要进行尺度变换来完成进一步的检测。
6. 根据权利要求1所述的双耦合Duffing振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法， 其特征在于：在步骤（4)中，所述对待检测信号进行尺度变换，就是引入变尺度系数R，对不 在振子阵列检测范围内的待检测信号进行尺度变换，使得待检测信号的频率在振子阵列的 检测范围以内。
7.根据权利要求1所述的双耦合Duffing振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法， 其特征在于：在步骤（5)中，所述将经变尺度处理后的待检测信号输入到振子阵列中，就是 依此观察各个振子的时域波形，若其中某两个相邻的振子处于间歇混沌状态，其余振子仍 处于混沌状态，就可计算待检信号频率的准确值为：
式中，ωι、ω2为处于间歇混沌状态的两个相邻振子的频率，'、&为间歇混沌的周 期，R为引入的变尺度系数。
【文档编号】G06F17/50GK104462695SQ201410764939
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】时培明, 孙彦龙, 韩东颖 申请人:燕山大学