[發(fā)明專利]一種基于杜芬振子逆向相變的弱信號檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710251003.6
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107066740B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設計）人: 劉海波;姜慧;唐波;譚堅文;馬大瑋;宋傳座;趙有華;張紀忠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍重慶通信學院;重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 馬冬新

本發(fā)明涉及一種基于杜芬振子逆向相變的弱信號檢測方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的方法復雜，需要依賴精確臨界閾值的技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是通過構(gòu)建兩組滿足特定關(guān)系的逆向相變檢測振子組成檢測陣列，使待測信號的檢測和幅度值測量通過統(tǒng)計發(fā)生相變和未發(fā)生相變的振子數(shù)量實現(xiàn)，依據(jù)陣列中振子的參考信號和待測信號的矢量合成關(guān)系計算得出檢測結(jié)果，較好地解決了該問題，可用于頻率已知的弱正弦信號幅度檢測中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號檢測領(lǐng)域，特別涉及到一種基于杜芬振子逆向相變的弱信號檢測方法。

背景技術(shù)

杜芬振子是一非線性振動方程，其相軌跡可以隨著策動力幅度的增大依次出現(xiàn)同宿軌道、分岔、混沌運動、大周期運動等運動狀態(tài)，是用于研究混沌的常用模型之一。杜芬振子混沌態(tài)和大周期態(tài)之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)變具有對周期信號極其敏感，而對噪聲有一定免疫能力的特性。杜芬振子弱信號檢測方法正是利用此特性進行弱信號檢測。目前，杜芬振子弱信號檢測基本方法主要有兩種：正向相變檢測方法和逆向相變檢測方法。它們都是利用了杜芬振子在相軌跡運動狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程中只對參考信號頻率附近極窄范圍內(nèi)的周期信號敏感，而對噪聲和其它頻率信號不敏感的特性。杜芬振子正向相變檢測方法出現(xiàn)較早，逆向相變檢測方法出現(xiàn)較晚。所謂正向相變，是指杜芬振子從混沌態(tài)向大周期態(tài)的轉(zhuǎn)變，而正向相變檢測方法就是以正向相變?yōu)榕袚?jù)的檢測方法；同理，所謂逆向相變，是指杜芬振子從大周期態(tài)向混沌態(tài)的轉(zhuǎn)變，而逆向相變檢測方法就是以逆向相變?yōu)榕袚?jù)的檢測方法。利用逆向相變檢測方法檢測時，首先通過設置參考信號初始相位和相軌跡初始位置，使杜芬振子初始狀態(tài)為穩(wěn)定的大周期態(tài)，并將參考信號幅度調(diào)整到逆向相變臨界值γ_c，然后加入待測信號。杜芬振子相軌跡運動狀態(tài)對噪聲具有一定的免疫力，而對參考信號頻率附近極窄范圍內(nèi)的周期小信號敏感，當待測信號中包含弱正弦小信號且與參考信號相位相反時，疊加后的策動力幅值將低于γ_c，導致系統(tǒng)發(fā)生逆向相變。因此，以杜芬振子逆向相變?yōu)榕袚?jù)，可通過判斷杜芬振子有無發(fā)生逆向相變實現(xiàn)強噪聲中弱正弦信號的檢測。當其用于弱正弦信號幅度測量時，按照以往的正向相變檢測中的傳統(tǒng)做法，調(diào)整參考信號幅值至γ_a，使加入待測信號后的系統(tǒng)重新處于大周期狀態(tài)的臨界態(tài)，此時，待測小信號的估計值即為：以上就是基于杜芬振子的逆向相變?nèi)跣盘枡z測方法基本原理。

兩種檢測基本原理都存在“檢測盲區(qū)”的問題、“臨界閾值”的問題。“檢測盲區(qū)”問題，即單個振子一次檢測可能存在檢測不到信號的可能性。待測信號與參考信號相位差需滿足一定關(guān)系，使待測信號落入檢測窗口才能檢測到。“臨界閾值”問題，即杜芬振子發(fā)生相軌跡運動狀態(tài)轉(zhuǎn)變的理論閾值與實驗閾值不同，且差別較大，現(xiàn)有檢測方法只能依靠實驗閾值進行，但滿足精度的實驗閾值獲得過程繁瑣，影響因素多，且容易引入人的主觀因素，導致檢測振子難以準確設置為臨界狀態(tài)，使整個檢測過程實施難度大。

逆向相變的檢測原理比正向相變檢測原理具有更好的檢測性能，目前解決“檢測盲區(qū)”問題和“臨界閾值”問題的方法主要是針對正向相變檢測原理的。

現(xiàn)有的解決“檢測盲區(qū)”問題的方法是，根據(jù)檢測需要，將多個振子的參考信號初始相位在[0,2π]內(nèi)按一定分布進行設置，這樣，保證待測信號在任意時間檢測都能落入至少一個檢測振子的檢測窗口，消除檢測盲區(qū)的影響。

現(xiàn)有的解決“臨界閾值”問題的方法包括：將輸入噪聲白化處理、將待測信號頻率進行歸一化處理、調(diào)整檢測振子模型參數(shù)，但這些方法都沒有根本上解決“臨界閾值”的問題，該問題依然嚴重影響著該檢測方法的工程應用。

因此，提供一種基于逆向相變檢測原理的過程簡單，人工介入少、無檢測盲區(qū)、不要求臨界閾值的檢測方法就很有意義。

發(fā)明內(nèi)容