船舶辐射噪声的混沌现象研究

水下弱信号的检测和识别是当今水声信号处理领域中存在的难题．应用混沌、分形理论，从根空间轨迹、Lyapunov指数和关联维等方面研究了船舶辐射噪声的混饨现象，发现船舶辐射噪声信号的确存在混沌吸引子，且不同类别的信号具有不同的吸引子维数．这一结果将为水声信号处理，为水下目标探测和识别提供崭新的理论手段。     

螺旋桨鸣音的混沌动力特性研究

利用混沌动力学方法研究螺旋桨鸣音信号时间序列,估计时间序列的相空间重构最佳参数,并提出其具有混沌动力特性,分析了系统拓扑维数的边界和生成系统所必须独立变量的个数,还计算分析了重构相空间中吸引子轨迹随时间演化的发散情况。分析计算结果表明:螺旋桨鸣音信号时间序列可以选取最佳延迟时间t_D=1、最小嵌入维数d_E=8进行相空间重构,其混沌吸引子的关联维数为5.1579、最大Lyapunov指数为0.0771,此研究结果可以为螺旋桨鸣音现象的进一步研究提供理论基础。      

基于小波变换的混沌信号相空间重构研究

应用小波变换和非线性动力学方法研究了混沌信号在相空间中的行为，指出混沌时间序 列的小波变换实质上是在重构的相空间中，混沌吸引子向小波滤波器向量所张的空间中的投 影，与Packard等人提出的相空间重构方法本质上是一致的.实验结果表明，混沌信号经过 小波变换后，吸引子轨迹与原有轨迹具有相似的结构，同时，系统的关联维数、Kolmogorov 熵等非线性不变量仍然得到保留.这些结果表明，利用小波变换研究混沌信号是有效的. 关键词： 小波变换 相空间重构 混沌信号 脑电信号     

基于极限环的舰船噪声信号非线性特征分析及提取

特征分析及提取是目标分类识别的重要环节．首先应用非线性分析方法分析了舰船噪声的极限环现象,结果表明振动噪声作为舰船噪声的主要成份,其极限环在相空间上存在倍周期或混沌行为．其次,利用分形维数和分布密度比来描绘舰船噪声在相平面上极限环的奇异性和空间形状,并给出了一种新的分维数计算算法．最后,以此作为舰船目标的特征参数送入神经网络分类器用于分类识别水面和水下两大类目标．实验结果表明。从噪声极限环中提取的非线性特征能较准确地区分我们现有的水面和水下两大类目标．、为舰船噪声信号的特征提取提供了一条新的思路     

输油管道压力时间序列混沌特性研究

输油管道压力波动的内在动态特征,采用非线性的分析方法探讨了实测输油管道压力波动中存在混沌动态特性的可能性. 以6个典型的输油管道压力实测数据集为研究对象,重构相空间、求得了分形维数和Lyapunov指数谱、验证了数据的平稳性和非线性. 通过对所得结果的分析,从理论上证明了输油管道压力信号具有严格混沌动态特性. 为基于输油管道压力时间序列的研究提供了混沌理论基础. 关键词： 压力时间序列 Lyapunov指数 分形维数 混沌     

船舶辐射噪声的自然尺度特征

船舶辐射噪声是非常复杂的,寻找新的特征是目前水下目标识别中的一项非常迫切而艰巨的任务。本文在研究了相空间重构技术的基础上,基于混沌信号的自然尺度提出了一种新的船舶辐射噪声的特征提取算法,此特征在分类识别实验中获得了比较好的效果。实践证明,船舶辐射噪声的自然尺度特征是一种比较有效的特征,它不仅具有较好的实时性,而且具有较高的识别率。     

基于最大Lyapunov指数不变性的混沌时间序列噪声水平估计

提出了一种基于最大Lyapunov指数不变性的计算混沌时间序列噪声水平的新方法. 首先分析了噪声对相空间中两点距离的影响, 然后基于最大Lyapunov指数在不同维数的嵌入相空间不变的性质, 建立了估计噪声水平的方法. 仿真计算结果表明, 当噪声水平小于10% 时, 估计值与真实值符合良好. 该方法对噪声分布类型不敏感, 是一种有效的混沌时间序列噪声估计方法.     

均匀湍流中的奇怪吸引子

本文对于实测的湍流信号采用延迟坐标重建相空间技术计算了它的关联维数,熵和最大Лялнов指数,从而指出这是一种受随机噪声干扰的确定性的混沌现象,它在相空间的吸引子是一个随机噪声背景上的奇怪吸引子。     

二维logistic映射的动力学行为和奇怪吸引子的分形特征

研究了二维logistic映射的动力学行为和奇怪吸引子的分形特征.利用分岔图、相图和Lyapunov指数谱分析系统的分岔过程,研究系统通向混沌的道路并确定系统处于混沌运动的参数区间;采用G-P算法计算奇怪吸引子的关联维数和Kolmogorov熵,对奇怪吸引子的分形特征定量刻画;采用逃逸时间算法构造奇怪吸引子的彩色广义M-J集,对奇怪吸引子的分形特征定性表征.结果表明,这些分析方法的配合使用可以更全面、形象地描述奇怪吸引子的分形特征.     

超混沌Lü系统的电路实现

在三维Lü系统的基础上增加一维状态,构建了一个新的四维超混沌Lü系统,简要地分析了该系统平衡点的性质、超混沌吸引子的相图、Lyapunov指数和Lyapunov维数等特性,并设计了一种实现四维超混沌系统的实际电路. 硬件电路实验表明,超混沌Lü系统具有丰富的动力学行为. 关键词： 超混沌Lü系统 Lyapunov指数 电路实现     

海杂波背景下的目标检测新方法

提出了一种基于分形布朗运动模型的S波段雷达海杂波分形维数提取方法.分析了基于记忆库混沌时间序列预测方法，引入一种改进核函数的支持向量机分类器.在此基础上，提出了一种新的海杂波背景下目标检测方法.应用S波段雷达实测海杂波数据，计算得到了该信号的分形维数与Lyapunov指数，验证了S波段雷达海杂波的混沌分形特性.仿真实验结果验证了该方法具有较强的检测能力和抗杂波性能. 关键词： 分形布朗运动 分形维数 记忆库预测方法 支持向量机分类器     

Ship recognition via its radiated sound: the fractal based approaches

Due to the complexity of its radiated sound, ship recognition is difficult. Fractal approaches are proposed in this study, including fractal Brownian motion based analysis, fractal dimension analysis, and wavelet analysis, to augment existing feature extraction methods that are based on spectrum analysis. Experimental results show that fractal approaches are effective. When used to augment two traditional features, line and average spectra, fractal approaches led to better classification results. This implies that fractal approaches can capture some information not detected by traditional approaches alone.     

单模激光系统中混沌吸引子的分维

对单模激光系统动力学行为的Ｌａｓｅｒ－Ｌｏｒｅｎｚ方程进行了线性稳定性分析,通过计算Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数来确定该系统中混沌吸引子的分维。     

一个新混沌系统及其电路仿真

提出了一个新的三维自治混沌系统,并对系统的基本动力学特性进行了深入研究, 得到系统的Lyapunov指数和维数,给出了系统数值仿真图、Poincaré 映射图、Lyapunov指数谱和分岔图, 重点分析了不同参数变化对系统动力学行为的影响.最后,设计了该混沌系统的硬件电路并运用Multisim软件 对该电路进行仿真实现,数值仿真和电路仿真证实了该混沌系统与以往发现的混沌系统并不拓朴等价, 是一个新的混沌系统.     

The fractal energy measurement and the singularity energy spectrum analysis

The singularity exponent (SE) is the characteristic parameter of fractal and multifractal signals. Based on SE, the fractal dimension reflecting the global self-similar character, the instantaneous SE reflecting the local self-similar character, the multifractal spectrum (MFS) reflecting the distribution of SE, and the time-varying MFS reflecting pointwise multifractal spectrum were proposed. However, all the studies were based on the depiction of spatial or differentiability characters of fractal signals. Taking the SE as the independent dimension, this paper investigates the fractal energy measurement (FEM) and the singularity energy spectrum (SES) theory. Firstly, we study the energy measurement and the energy spectrum of a fractal signal in the singularity domain, propose the conception of FEM and SES of multifractal signals, and investigate the Hausdorff measure and the local direction angle of the fractal energy element. Then, we prove the compatibility between FEM and traditional energy, and point out that SES can be measured in the fractal space. Finally, we study the algorithm of SES under the condition of a continuous signal and a discrete signal, and give the approximation algorithm of the latter, and the estimations of FEM and SES of the Gaussian white noise, Fractal Brownian motion and the multifractal Brownian motion show the theoretical significance and application value of FEM and SES.     

基于Julia分形的多涡卷忆阻混沌系统

忆阻器作为一种非线性电子元件,能用作混沌系统中的非线性项,从而提高系统的复杂度.分形与混沌是密切相连的,分别对两者的研究都已成熟,却鲜有将分形过程应用到混沌系统中,以产生丰富的混沌吸引子.为了探索将分形与混沌系统相结合的可能性,本文首先提出了一个新的忆阻混沌系统,并从对称性、耗散性、平衡点稳定性、功率谱、Lyapunov指数和分数维等方面探讨了系统的动力学特性;紧接着,把经典的Julia分形过程应用到该忆阻混沌系统中,产生了新的混沌吸引子,并将几种由Julia分形衍生的变形Julia分形过程应用于文中提出的忆阻混沌系统,获得了丰富的混沌吸引子;最后,讨论了分形过程中的复常数对系统的影响.从仿真结果可以看出,分形过程与混沌系统的结合能产生丰富的多涡卷混沌吸引子.这不仅为产生多涡卷混沌吸引子提供了一种新方法,还弥补了使用功能函数方法造成混沌系统不光滑的不足.     

一种具有恒Lyapunov指数谱的混沌系统及其电路仿真

提出了一种新的具有恒Lyapunov指数谱的三维混沌系统,该系统含有六个参数,其中一个方程含有一个非线性乘积项,一个方程含有平方项.通过理论推导、数值仿真、Lyapunov维数、Poincare截面图、Lyapunov指数谱和分岔图研究了系统的动力学特性,并分析了不同参数变化对系统动力学行为的影响,其中,平方项系统参数变化时,系统的Lyapunov指数谱保持恒定,输出信号中的两维信号的幅值与参数呈幂函数关系变化,其指数为－1/2,第三维信号的幅值保持在同样的数值区间.最后,设计了该混沌系统的硬件电路并运用Multisim软件对该电路进行仿真实验,证实了该混沌系统的可实现性. 关键词： 混沌系统 恒Lyapunov指数谱 Poincare截面图 混沌电路     

基于小波变换的光混沌信号消噪与Lyapunov指数计算

针对动力学方程未知且信噪比小的光混沌信号,采用小波多分辨分解算法对其进行噪音消减.用Lorenz混沌信号对该算法的消噪效果进行了检验.提出利用互信息量法和Cao氏法来改进小数据量法在时间延迟和嵌入维数计算上存在的主观选择性,对经过噪音消减的Lorenz混沌信号利用此改进的小数据量法计算其最大Lyapunov指数.结果表明,信噪比可提高近10 dB左右,最大Lyapunov指数计算误差可减少近30%,并求得半导体放大器光混沌信号的最大Lyapunov指数为0.389 6.     

Distribution of Resonances for Open Quantum Maps

We analyze a simple model of quantum chaotic scattering system, namely the quantized open baker’s map. This model provides a numerical confirmation of the fractal Weyl law for the semiclassical density of quantum resonances. The fractal exponent is related to the dimension of the classical repeller. We also consider a variant of this model, for which the full resonance spectrum can be rigorously computed, and satisfies the fractal Weyl law. For that model, we also compute the shot noise of the conductance through the system, and obtain a value close to the prediction of random matrix theory.     

水声被动目标识别技术挑战与展望

低频水声探测和船舶减振降噪技术发展,使得传统水声目标识别技术性能逐渐下降。该文分析了声呐工作带宽、探测频率、船舶减振降噪给识别技术带来的挑战。针对低频声呐广泛使用的低频线谱识别,研究了低频线谱的识别能力问题;针对智能识别技术发展,研究了深度学习技术在船舶辐射噪声识别中的应用问题,并给出了数据试验结果,文章最后指出了水声被动目标识别技术亟需开展的研究内容和方向。