基于耦合Duffing振子的局部放电信号检测方法研究

以双向环形耦合Duffing振子系统为对象, 研究脉冲信号激励下耦合振子间动力学行为变化特征时, 发现其与单向环形耦合Duffing振子系统类似, 在一定的参数条件下, 脉冲信号能引起其中一个振子与其他振子运动轨迹间出现短暂失同步的现象即瞬态同步突变现象. 基于这种现象, 提出了一种微弱脉冲信号检测的新方法, 用于检测强噪声背景中的局部放电脉冲信号. 实验测试表明, 利用本文方法对不同放电电极的局部放电脉冲信号进行检测时, 在低信噪比条件下可取得良好的检测效果, 进而扩展了现有的Duffing振子对非周期信号的检测范围及应用领域. 关键词： 耦合Duffing 振子 微弱信号检测 瞬态同步突变 局部放电脉冲信号     

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.     

环形耦合Duffing振子间的同步突变

以环形耦合Duffing振子系统为研究对象,分析了耦合振子间的同步演化过程.发现在弱耦合条件下,如果所有振子受到同一周期策动力的驱动,那么系统在经历倍周期分岔、混沌态、大尺度周期态的相变时,各振子的运动轨迹之间将出现由同步到不同步再到同步的两次突变现象.利用其中任何一次同步突变现象可以实现系统相变的快速判别,并由此补充了利用倍周期分岔与混沌态的这一相变对微弱周期信号进行检测的方法. 关键词： Duffing振子 同步突变 相变 微弱信号检测     

基于扩展型Duffing振子的局部放电信号检测方法研究

目前, 小波阈值去噪法、数字滤波法、傅里叶频域变换法等常用的微弱信号检测方法所能达到的最低检测信噪比为-10 dB, 而双向环形耦合Duffing振子能达到的最低检测信噪比为-20 dB. 但是, 现场检测时常常会出现更低信噪比的放电脉冲信号, 因此现有检测方法就很难满足信号检测的实际需求. 为了有效解决该难题, 研究了一种扩展型Duffing振子的微弱脉冲信号检测的新方法. 该方法的主要思想是使用广义时间尺度变换, 将Duffing振子模型变换为扩展型Duffing振子模型, 有效扩展了微弱信号的频率检测范围. 仿真结果表明, 扩展型Duffing振子不仅具有良好的噪声免疫特性, 而且能有效检测到信噪比低至-40 dB的局部放电微弱脉冲信号, 进一步扩展了现有Duffing振子微弱信号检测方法的检测范围和应用领域.     

Duffing振子微弱信号检测方法研究

在前期实验工作的基础上,从理论分析的角度,提出了利用Duffing振子从大周期态向混沌态的相变 作为判据的微弱周期信号检测方法,给出了检测原理,并论证了其可行性;从过渡带影响和检测概率两方面 将该方法与传统的检测方法进行了比较分析,并对两者的检测性能进行了仿真对比.分析和仿真结果都显示,相同条件下, Duffing振子从大周期态向混沌态的相变受过渡带影响更小,所提方法具有更好的检测性能. 实验数据还表明, Duffing振子检测微弱信号只能基于单向相变, 利用阵发混沌进行频差检测只适用于待测信号信噪比较高的情况. 关键词： Duffing 混沌 检测 过渡带     

一种基于新型间歇混沌振子的舰船线谱检测方法

为了实现低信噪比下未知频率的舰船辐射线谱的检测,对常规型间歇混沌振子列检测方法进行了改进,提出了一种基于适应步长型间歇混沌振子的信号检测方法.该方法可以只用一个Duffing振子,通过设定一组能够覆盖待测信号所在频段的求解步长序列,实现对未知频率、具有任意初相位的微弱周期信号的搜索检测.为进一步提高系统的弱信号检测性能,分析了Holmes型Duffing方程在不同频率内置策动力下对弱信号灵敏度的差异.综合理论分析和仿真研究结果给出了Duffing振子在内置策动力角频率为0.4 rad/s时对弱信号检测性能最佳,并据此对所采用的Duffing振子进行了优化;仿真结果表明,改进后的Duffing振子的弱信号检测性能提高了12 dB.最后将此方法应用于一组含有舰船辐射线谱的实船数据,结果表明此方法可以实现低信噪比下的未知频率微弱线谱检测.     

二维Duffing振子的大参数随机共振及微弱信号检测研究

研究了二维Duffing振子在绝热近似条件下的随机共振特性,针对大参数条件,提出二维Duffing振子的大参数随机共振,并探讨二维Duffing振子变尺度随机共振和参数调节随机共振的关联性,揭示大参数条件下Duffing振子随机共振检测特征信号的机理,扩展其在微弱信号检测领域中的应用.     

基于Hilbert变换及间歇混沌的水声微弱信号检测方法研究

利用Duffing振 子从混沌到间歇混沌的相变及其对策动力和待检测信号频差较小的周期信号的敏感性, 研究了强海洋背景噪声下微弱周期信号的检测. 通过构造混沌振子列的方法对频率未知信号进行扫频, 从而提取待检测信号的频率范围, 最后利用希尔伯特变换, 实现对间歇混沌的包络检测, 并计算出待检测信号的频率. 计算机仿真与实测水声信号处理结果表明, 利用基于希尔伯特变换的间歇混沌振子对水声微弱信号检测, 其检测信噪比比一般的间歇混沌振子提高了至少4.4 dB, 验证了所提方法的有效性.     

基于小波分解和Duffing振子的变尺度微弱信号检测

传统的时频分析方法在对周期性微弱信号进行检测时,提取的信息具有信噪比不高的缺点,从而影响了检测效果,为此,利用Duffing振子混沌系统对噪声的强免疫力的特征,提出了一种基于小波分解和混沌阵子的混合微弱信号检测方法;首先,采用小波变换对信号进行分解,通过小波变换的平滑作用实现对含噪微弱信号的离散处理,并设计了一种根据阈值来确定分解层数的方法,然后将降噪后的重构信号作为Duffing阵子的周期驱动力并入混沌系统,采用混沌Duffing阵子阵列实现在强噪声背景下的微弱信号检测,并提出了一种临界状态策动力幅值和初始相位的自适应确定方法;在Matlab7仿真环境下进行实验,结果表明:文中方法能有效地对湮没在强噪声下的微弱信息进行检测,具有信号检测信噪比高,重构信号频率较其它方法更接近于真实频率,具有较强的可行性。     

一种基于广义Duffing振子的水中弱目标检测方法

海洋环境中,在水下目标的线谱频率未知或者目标辐射噪声的连续谱很弱时,很难实现水中弱目标的准确检测,本文提出基于广义Duffing振子检测系统的水下目标辐射噪声检测方法.通过对传统周期扰动的Duffing振子信号检测系统的分析和推广,提出了一种可输入非周期、非平稳信号的广义Duffing振子检测系统,可检测输入的无先验信息目标信号.为实现广义Duffing振子系统运动状态的精确、有效判断,提出了一种相空间图形的离散分布列计算方法,通过类网格函数实现了利用统计复杂度对系统输出的嵌入式表征,从而实现了无先验信息时的水中弱目标的嵌入式检测.相同条件下与传统检测方法仿真对比可知,本文提出的方法可以检测到更低信噪比下的目标,并能满足水中检测实时性要求.     

Weak wide-band signal detection method based on small-scale periodic state of Duffing oscillator

The conventional Duffing oscillator weak signal detection method, which is based on a strong reference signal, has inherent deficiencies. To address these issues, the characteristics of the Duffing oscillator's phase trajectory in a smallscale periodic state are analyzed by introducing the theory of stopping oscillation system. Based on this approach, a novel Duffing oscillator weak wide-band signal detection method is proposed. In this novel method, the reference signal is discarded, and the to-be-detected signal is directly used as a driving force. By calculating the cosine function of a phase space angle, a single Duffing oscillator can be used for weak wide-band signal detection instead of an array of uncoupled Duffing oscillators. Simulation results indicate that, compared with the conventional Duffing oscillator detection method,this approach performs better in frequency detection intervals, and reduces the signal-to-noise ratio detection threshold,while improving the real-time performance of the system.     

Extraction of periodic signals in chaotic secure communication using Duffing oscillators

This paper presents a novel approach to extract the periodic signals masked by a chaotic carrier. It verifies that the driven Duffing oscillator is immune to the chaotic carrier and sensitive to certain periodic signals. A preliminary detection scenario illustrates that the frequency and amplitude of the hidden sine wave signal can be extracted from the chaotic carrier by numerical simulation. The obtained results indicate that the hidden messages in chaotic secure communication can be eavesdropped utilizing Duffing oscillators.     

Duffing振子微弱信号检测盲区消除及检测统计量构造

针对Duffing振子进行同频微弱信号检测时存在的检测盲区, 提出了一种策动力移相法予以消除. 结合微弱信号特性对检测盲区表达式进行分析, 得出了策动力与待测信号的“相差”位于检测盲区时的角度范围, 通过使策动力相位产生相移量π后实现对同频信号的检测, 实验证明了方法的可行性. 为了克服定性分析的不足和有效区分振子系统信号检测过程中出现的不同状态, 构造了一个基于类Halmiton系统的检测统计量, 并设计了基于该统计量的任意频率信号检测方法步骤, 方法的核心是以检测统计量出现极大值处所在的连续两个频点作为待测信号的频率范围. 在不同检测过程的仿真实验基础上, 给出了混沌、间歇混沌和大周期的检测统计量数值范围, 进而利用该数值范围作为判据实现了对任意频率信号的检测. 实验结果表明, 该方法不仅为系统状态提供了定量的判据准则, 而且提高了信号检测性能, 进一步完善了现有利用Duffing振子进行微弱信号检测的方法.     

Synchronization in Coupled Oscillators with Two Coexisting Attractors

Dynamics in coupled Dufling oscillators with two coexisting symmetrical attractors is investigated. For a pair of Dufl~ng oscillators coupled linearly, the transition to the synchronization generally consists of two steps： Firstly, the two oscillators have to jump onto a same attractor, then they reach synchronization similarly to coupled monostable oscillators. The transition scenarios to the synchronization observed are strongly dependent on initial conditions.     

Phase synchronization from noisy univariate signals

We present methods for detecting phase synchronization of two unidirectionally coupled, self-sustained noisy oscillators from a signal of the driven oscillator alone. One method detects soft phase locking; another hard phase locking. Both are applied to the problem of detecting phase synchronization in von Kármán vortex flow meters.     

Intermittent lag synchronization in a nonautonomous system of coupled oscillators

Synchronization properties of two identical mutually coupled Duffing oscillators with parametric modulation in one of them are studied. Intermittent lag synchronization is observed in the vicinity of saddle-node bifurcations where the system changes its dynamical state. This phenomenon is seen as intermittent jumps from phase to lag synchronization, during which the chaotic trajectory visits closely a periodic orbit. Different types of intermittent lag synchronization are demonstrated and the simplest case of period-one lag synchronization is analyzed.