模糊熵算法在混沌序列复杂度分析中的应用

为了准确分析混沌序列的复杂性, 采用模糊熵算法(FuzzyEn) 对典型离散混沌系统和连续混沌系统的复杂度进行分析. 与近似熵(ApEn)、 样本熵(SampEn) 和强度统计复杂度算法相比, FuzzyEn算法是一种更有效的混沌复杂度测度算法, 且对相空间维数(m)、 相似容限度(r) 和序列长度(N) 的敏感性、 依赖性更低, 鲁棒性和测度值的连续性更好. 对混沌系统的复杂性分析表明, 连续混沌系统的复杂度远小于离散混沌系统, 但是如果利用高复杂度的离散混沌伪随机序列或经典 m序列对连续混沌系统产生的伪随机序列进行扰动, 则能大大提高混沌序列的复杂性. 为混沌序列在密码学和混沌保密通信中的应用提供了理论依据.     

混沌半导体激光器的弛豫振荡频率对随机序列速率的影响

利用光反馈半导体激光器产生的混沌激光作为随机数发生器的物理熵源, 分析了混沌信号自相关系数与随机序列游程数之间的联系, 在此基础上研究了激光器的弛豫振荡频率f_r与随机序列速率f_n在不同比值时, 序列游程数的变化情况. 研究发现, 当f_r/f_n=(2k+1)/4时, 随机序列的游程数容易满足NIST SP800-22随机数测试标准的要求. 当k=1时, 得到随机序列最大速率为f_n=4f_r/3.     

Lorenz方程中两种尺度的相互作用

在Lorenz方程中的混沌区域，存在着两种尺度的相互作用.其中代表大尺度运动的Rayleigh数r决定空气中小尺度的对流和湍流运动，而对流和湍流运动又对大尺度运动具有反馈作用，两者的相互作用最终使r值减小，空气运动进入一种定常状态.在反馈过程中，垂直热通量xy及垂直温度梯度z的变化是决定r变化的主要原因，并且反馈的最终结果表现出突变的特征.     

一种时间序列的弱非线性检验方法

时间序列的非线性是判定该时间序列具有混沌特性的必要条件.提出一种基于线性和非线性AR模型归一化多步预测误差比值的非线性检验量δ_NAR,采用替代数据法来检测时间序列中的弱非线性.以Lorenz时间序列为例,分析了估计非线性检验量δ_NAR时各相关参数对弱非线性检测性能的影响.通过混沌时间序列非线性检测试验,对4种混沌时间序列中的3种,非线性检验量δ_NAR都表现出比基于AIC模型选择准则的非线性检验量相似文献   

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。     

截断的有振幅调制和位相畸变光束的等效曲率半径

高功率激光通常具有振幅调制和相位畸变. 采用统计光学方法推导了截断的有振幅调制和位相畸变光束在大气湍流中传输 的等效曲率半径R的解析公式.研究表明:随着位相畸变参量、振幅调制参量和光 束截断参量的增大,光束在自由空间中的 R增大,但R受湍流的影响也会增大; 并且高斯光束在自由空间中的R最大, 但其受湍流影响也最大. 因此,在大气湍流中传输到足够远时, 截断的有振幅调制和位相畸变光束的R就要比高斯光束的大.特别地, 相对等效曲率半径R_r随传输距离为非单调变化, 存在一个最小值, 即在该位置处R受湍流的影响最大. 此外, 达到 R_r最小值所需传输距离随光束位相畸变和振幅调制的加剧而增大.     

长时间精密锁定的掺Er光纤飞秒光学频率梳

自行研制了基于掺Er光纤飞秒激光器的光学频率梳并实现了重复频率 f_r信号和载波包络偏移频率(Carrier-envelope offset, f_o) 信号的精密锁定, 锁定后的 f_r信号和 f_o 信号的频率抖动量的标准偏差分别为0.515 mHz和93.13 mHz.     

单光子波长调制吸收光谱用于1.5 μm激光器的波长锁定

提出了一种kHz调制频率量级的单光子调制技术,实现对激光器的实时锁定. 通过探测乙炔气体的单光子吸收光谱,对离散的单光子响应脉冲进行锁定放大, 获得激光器频率锁定的鉴频曲线.将1.5 μm分布反馈半导体激光器的输出频率稳定在乙炔气体 ν₁ + ν ₃带P5e支吸收峰上,在175 s内典型激光频率起伏小于25 MHz. 这种基于单光子波长高频调制吸收光谱的稳频技术消除了低频段较高背景的噪声, 可应用于单光子量级的量子保密通讯系统以及光学波分复用系统.     

注入半导体激光器混沌调制性能与内部相位键控编码方法研究

研究注入半导体激光混沌调制解调及其性能特性，提出外部光注入半导体激光器混沌内部相位编码方法. 小信号调制分析了系统混沌调制响应函数和解调响应函数以及解调因子，系统的调制解调响应函数以及解调因子在60MHz有一个峰值，系统在高频调制时，响应函数和解调因子明显下降. 理论推导出混沌调制解调方程，给出了小信号调制时的信息信号的解，数值分析出系统在低频有一个调制解调峰值，高频调制解调效果下降，但系统仍可以进行10⁹Hz频率调制解调. 数值模拟并证明了系统在较大的参数范围内都能实现同步，模拟了混沌调制速率200Mb/s和调制频率1.4GHz的保密通信应用. 还通过键控调制注入光的相位相移对激光混沌态进行了编码，通过同步与非同步进行混沌解码，数值模拟了具有调制速率10Mb/s的混沌相位键控编码通信应用. 关键词： 混沌 同步 激光器 相位     

参数未知的不同阶数混沌系统广义同步及参数估计

采用扩阶方法(使响应系统和驱动系统的维数相同)，把不同阶数混沌系统的广义同步问题转化为相同阶数混沌系统之间的广义同步，基于Lyapunov稳定性定理和自适应控制方法(用于相同阶数混沌系统的同步)，给出了自适应控制器和参数自适应律，进而实现了不同阶数混沌系统的广义同步.将该方法应用于参数未知的超Lü，Lorenz，广义Lorenz和Liu等系统之间的广义混沌同步，理论证明了该方法可以使这些系统达到渐近广义同步，并且可以辨识驱动系统和响应系统的所有参数，数值模拟进一步证明了该方法的有效性.     

Blind parameter estimation of pseudo-random binary code-linear frequency modulation signal based on Duffing oscillator at low SNR

Conventional parameter estimation methods for pseudo-random binary code-linear frequency modulation(PRBCLFM) signals require prior knowledge, are computationally complex, and exhibit poor performance at low signal-to-noise ratios(SNRs). To overcome these problems, a blind parameter estimation method based on a Duffing oscillator array is proposed. A new relationship formula among the state of the Duffing oscillator, the pseudo-random sequence of the PRBC-LFM signal, and the frequency difference between the PRBC-LFM signal and the periodic driving force signal of the Duffing oscillator is derived, providing the theoretical basis for blind parameter estimation. Methods based on amplitude method, short-time Fourier transform method, and power spectrum entropy method are used to binarize the output of the Duffing oscillator array, and their performance is compared. The pseudo-random sequence is estimated using Duffing oscillator array synchronization, and the carrier frequency parameters are obtained by the relational expressions and characteristics of the difference frequency. Simulation results show that this blind estimation method overcomes limitations in prior knowledge and maintains good parameter estimation performance up to an SNR of-35 d B.     

Open-loop frequency response for a chaotic masking system

In this paper, a new numerical simulation approach is proposed for the study of open-loop frequency response of a chaotic masking system. Using Chua's circuit and the Lorenz system as illustrative examples, we have shown that one can employ chaos synchronization to separate the feedback network from a chaotic masking system, and then use numerical simulation to obtain the open-loop synchronization response, the phase response, and the amplitude response of a chaotic masking system. Based on the analysis of the frequency response, we have also proved that changing the amplitude of the exciting (input) signal within normal working domain does not influence the frequency response of the chaotic masking system. The new numerical simulation method developed in this paper can be extended to consider the open-loop frequency response of other systems described by differential or difference equations.     

二次偏振调制测距系统中调制频率与测距精度的关系

本文在基于二次偏振调制激光测距系统的基础上, 对调制频率与激光测距系统精度的关系做了深入的理论推导和实验验证. 最终得出结论: 相位法激光测距系统的测量精度会随着调制频率的增大而提高, 且精度的提高程度正比于调制频率的不确定度Δf与测程范围内半波长数N值的比值. 并通过选取合适的调制频率来提高系统的测距精度, 提高后的测距精度可达10^-7.     

Real-time processing using the frequency domain binaural model

There are many approaches to achieving high-performance speech enhancement. The modeling of the human auditory system is a good approach, since human beings can focus on target speech under concurrent speech conditions. One example of the binaural models is the time domain binaural model. However, this model has a high-calculation cost because the algorithm is based on auto-correlation, which is computationally intensive. Another example is the frequency domain binaural model proposed by Nakashima et al. [Nakashima H, Chisaki Y, Usagawa T, Ebata M. Frequency domain binaural model based on interaural phase and level differences. Acoust Sci Technol 2003;24(4):172-8]. Since the frequency domain binaural model uses the fast fourier transform, the calculation cost is much lower than that of the time domain binaural model. Therefore, it is not difficult to perform real-time processing using recent hardware such as digital signal processors and even laptop personal computers. However the quality of the segregated sound obtained using the frequency domain binaural model depends on system parameters such as frequency resolution and frame shift length for overlap adding in time domain. This paper introduces the construction of a prototype of a hearing assistant system based on the frequency domain binaural model. The detailed implementation techniques and parameter tuning are mentioned. The proposed system runs in real-time after parameter tuning. The directional attenuation levels, that is, the directivity patterns of the proposed system is measured. Finally, it is shown that the prototype can extract sounds coming from specific directions in real-time.     

Inducing chaos by resonant perturbations: theory and experiment

We propose a scheme to induce chaos in nonlinear oscillators that either are by themselves incapable of exhibiting chaos or are far away from parameter regions of chaotic behaviors. Our idea is to make use of small, judiciously chosen perturbations in the form of weak periodic signals with time-varying frequency and phase, and to drive the system into a hierarchy of nonlinear resonant states and eventually into chaos. We demonstrate this method by using numerical examples and a laboratory experiment with a Duffing type of electronic circuit driven by a phase-locked loop. The phase-locked loop can track the instantaneous frequency and phase of the Duffing circuit and deliver resonant perturbations to generate robust chaos.     

基于Laguerre多项式逼近法的随机双势阱Duffing系统的分岔和混沌研究

应用Laguerre正交多项式逼近法研究了含有随机参数的双势阱Duffing系统的分岔和混沌行为.系统参数为指数分布随机变量的非线性动力系统首先被转化为等价的确定性扩阶系统，然后通过数值方法求得其响应.数值模拟结果的比较表明，含有随机参数的双势阱Duffing系统保持着与确定性系统相类似的倍周期分岔和混沌行为，但是由于随机因素的影响，在局部小区域内随机参数系统的动力学行为会发生突变. 关键词： 双势阱Duffing系统 指数分布概率密度函数 Laguerre多项式逼近 随机分岔     

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

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.     

基于微波频差转换的光学拍频研究

光学拍频是大学物理和光学实验教学中的重要内容.由于激光器存在中心波长漂移问题,实验中不易产生可观测的拍频信号.受到微波光子技术中微波波段和光波波段相互作用机理的启发,提出了基于微波频差转换的光学拍频方法.借助强度调制和相位调制将两个频差较小的微波信号调制到同一光载波上,结合光学滤波器获得了两个频差极小的稳定光信号,利用光电探测器实现光学拍频,从仿真和实验两个层面分别获得了可视化的低频拍频信号.该研究为大学物理和光学实验提供了与科学前沿相结合的实验方案,可拓展教学内容和教学深度,有利于培养学生的科学素养.     

基于频域相位共轭技术的交叉相位调制所致失真的复原

理论分析和讨论了基于频域相位共轭技术的交叉相位调制所致信号失真的复原和补偿机理，数值模拟了在交叉相位调制作用下，高斯脉冲在中距相位共轭光纤系统中的传输演化过程.结果表明，频域相位共轭技术能够抑制交叉相位调制对光纤系统中传输信号的损害，复原其所导致的信号失真，并能够同步补偿群速度色散和自相位调制非线性效应所导致的信号失真.合适的初始脉冲时延和初始脉冲啁啾有利于频域相位共轭技术对交叉相位调制所致信号失真的抑制. 关键词： 频域相位共轭 交叉相位调制 色散 自相位调制