Chen系统在微弱信号检测中的应用

微弱谐波信号的灵敏检测具有重要的实际应用意义, 本文利用受控Chen系统来实现强噪声背景下的这种检测. 因动力系统可分解为慢变系统与快变系统的叠加, 这里用平均法对检测系统进行处理得到慢变系统, 并获取使系统由周期轨道突变为稳定平衡点的检测参数临界值. 通过调节检测参数, 观测系统状态变量的变化可判断待测信号是否存在. 仿真结果表明, 此方法可以准确检测出强噪声背景下的微弱谐波信号. 与目前其他基于混沌振子的检测方法相比, 该方案对噪声具有更强的免疫性, 而且可通过理论分析得出检测参数阈值的准确范围, 有利于在相关领域推广应用.     

陈氏混沌系统的非反馈控制

通过对陈氏混沌系统施加非共振参数激励实现非反馈混沌控制.将远大于系统特征频率的周期信号作为控制输入，利用平均法和Lyapunov方法证明控制方案的可行性，并得出控制参数应满足的条件.数值研究表明此方法可以使受控系统迅速达到稳定状态，且具有较强的抗干扰性能.     

Chen系统的自适应追踪控制

利用非线性单输入控制器实现混沌Chen系统的自适应追踪控制.根据Chen系统的结构特点选取合适的反馈方式，设计单输入自适应控制器，使Chen系统自适应追踪参数未知的Rossler系统的某一变量，并由Lyapunov直接方法证明误差信号渐近稳定于零.数值仿真结果表明该控制方法可行，且可以实现未知参数的辨识.     

Chen氏混沌电路实现与同步控制实验研究

对Chen氏混沌系统的电路实现作了进一步的研究，推导出切实可行的电路参数.在此基础上利用Electronic Workbench电路仿真软件进行了仿真实验，并搭建实现了实际的Chen氏电路，在示波器上观察到了Chen氏混沌系统的混沌波形.同时，利用单变量耦合反馈控制方法对两个Chen氏系统的同步控制进行了实验研究，给出了实现同步的电路参数调节范围. 关键词： 混沌系统 Chen氏混沌 同步控制 电路实现     

混沌信号在光纤传输过程中的非线性演化

对光纤混沌传输理论及混沌信号与光纤传输媒介相互作用的物理机制进行了理论研究. 通过耦合激光混沌系统和光纤传输信道，提出光纤混沌信号传输的非线性演化物理模型. 着重分析光纤自相位调制对激光混沌信号传输与演化的作用. 结果表明：自相位调制不影响混沌信号脉冲的形状，但能产生非线性相移使混沌信号频谱展宽；自相位调制不影响混沌信号脉冲的功率分布和场强分布，但能影响混沌信号脉冲的功率频谱分布，影响混沌信号光场以及慢变场的变化. 提出混沌信号在光纤传输中的非线性演化频率啁啾和形式，数值模拟了混沌信号在光纤传输过程中的相位、频谱、场以及场的慢变部分的相空间等演化形式和特点. 关键词： 混沌 光纤 传输 演化     

基于参数非共振激励混沌抑制原理的微弱方波信号检测

利用自治混沌系统的参数非共振激励混沌抑制原理实现强噪声背景下微弱方波信号的检测. 将频率远大于系统特征频率的方波信号作为内置激励信号，经平均法处理后，得到受控系统与原系统之间的参数等效关系，并由此确定使系统由混沌状态突变为周期状态的检测参数临界值. 数值仿真结果表明此系统可以达到极低的信噪比工作下限. 相比于利用参数共振微扰混沌抑制原理实现微弱信号检测的有关方法，此方案可根据严格的理论分析得到更准确的检测参数估计值，有利于在相关领域推广应用. 关键词： 自治混沌系统 参数激励 方波信号 检测     

三种方法实现超混沌Chen系统的反同步

以超混沌Chen系统为例研究了反同步的三种方法——主动控制法、全局控制法和变量替换法.通过Lyapunov稳定性理论及最大Lyapunov指数计算给出了相应的证明，其中变量替换法可以传递单路信号实现混沌系统的反同步，比以往所用方法有更高的实用价值.通过数值仿真，验证了方法的有效性. 关键词： 主动控制 全局控制 变量替换 反同步     

基于自适应主动及滑模控制的分数阶超混沌系统异结构反同步

以超混沌Chen系统和超混沌Lorenz系统为例,研究了慢时变参数超混沌系统的反同步问题.首先利用主动控制的思想,消去超混沌系统中的非线性部分,然后基于Lyapunov稳定性理论,合理地选取参数自适应控制律,很好的解决了时变参数的参数摄动问题,从而实现了两个超混沌系统的反同步.在此基础之上,又进一步研究了分数阶超混沌系统,使用滑模控制方法对其进行控制,理论上分析了该方法的可行性.数值模拟实验进一步验证了所提出方法的有效性. 关键词： 超混沌 分数阶 自适应 滑模     

基于变分方法的混沌系统参数估计

提出一种基于变分原理的估计混沌系统未知参数的方法,对以x= F(x,θ) 为控制方程的所有混沌系统具有普适性.首先将混沌系统方程引入到目标泛函中;接着利用变分原理导出了混沌系统的伴随方程和待辨识参数泛函梯度的通用公式;然后设计了估计混沌系统未知参数的算法;最后对典型的Lorenz混沌系统和超混沌Chen系统的未知参数进行了估计.数值仿真结果表明该方法是一种非常有效的估计混沌系统未知参数的方法. 关键词： 混沌系统 参数估计 变分方法 伴随方程     

混沌系统自适应追踪控制新方法

提出一种混沌系统自适应追踪控制任意参考信号的新方法.该方法是通过预先设计出补偿控制器将混沌系统状态变量对参考信号的追踪控制问题转化为同结构混沌系统状态变量的自适应同步问题,再通过设计出自适应控制器,使同结构混沌系统全局渐近达到同步,追踪控制器为补偿控制器和自适应控制器的代数和.基于Lyapunov稳定性原理,理论上严格证明了利用本方法所设计追踪控制器的正确性.最后,以超混沌Chen系统为控制对象,利用本方法设计出追踪控制器完成了对不动点,正、余弦信号,同结构混沌系统状态变量,异结构混沌系统状态变量的追踪控 关键词： 自适应追踪控制 补偿控制器 自适应控制器 追踪控制器     

Fingerprints of determinism in an apparently stochastic corrosion process

We detect hints of determinism in an apparently stochastic corrosion problem. This experimental system has industrial relevance as it mimics the corrosion processes of pipelines transporting water, hydrocarbons, or other fuels to remote destinations. We subject this autonomous system to external periodic perturbations. Keeping the amplitude of the superimposed perturbations constant and varying the frequency, the system's response is analyzed. It reveals the presence of an optimal forcing frequency for which maximal response is achieved. These results are consistent with those for a deterministic system and indicate a classical resonance between the forcing signal and the autonomous dynamics. Numerical studies using a generic corrosion model are carried out to complement the experimental findings.     

具有非线性阻尼涨落的线性谐振子的随机共振

较之于线性噪声, 非线性噪声更广泛地存在于实际系统中, 但其研究远不能满足实际情况的需要. 针对作为非线性阻尼涨落噪声基本构成成分的二次阻尼涨落噪声, 本文考虑了周期信号与之共同作用下的线性谐振子, 关注这类具有基本意义的阻尼涨落噪声的非线性对系统共振行为的影响. 利用Shapiro-Loginov公式和Laplace变换推导了系统稳态响应振幅的解析表达式, 并分析了稳态响应振幅的共振行为, 且以数值仿真验证了理论分析的有效性. 研究发现: 系统稳态响应振幅关于非线性阻尼涨落噪声系数具有非单调依赖关系, 特别是非线性阻尼涨落噪声比线性阻尼涨落噪声更有助于增强系统对外部周期信号的响应程度; 而且, 非线性阻尼涨落噪声比线性阻尼涨落噪声使得稳态响应振幅关于噪声强度具有更为丰富的共振行为; 同时, 二次阻尼涨落噪声使得稳态响应振幅关于系统频率出现真正的共振现象; 而在这些现象和性质中, 非线性噪声项的非线性性质对共振行为起着关键的作用. 显然, 以二次阻尼涨落作为基本形式引入的非线性阻尼涨落噪声, 可以有助于提高微弱周期信号检测的灵敏度和实现对周期信号的频率估计.     

Heteroclinic synchronization: ultrasubharmonic locking

According to the traditional view of synchronization, a weak periodic input is able to lock a nonlinear oscillator at a frequency close to that of the input (1:1 zone). If the forcing increases, it is possible to achieve synchronization at subharmonic bands also. Using a competitive dynamical system we show the inverse phenomenon: with a weak signal the 1:1 zone is narrow, but the synchronization of ultrasubharmonics is dominant. In the system's phase space, there exists a heteroclinic contour in the autonomous regime, which is the image of sequential dynamics. Under the action of a weak periodic forcing, in the vicinity of the contour a stable limit cycle with long period appears. This results in the locking of very low-frequency oscillations with the finite frequency of the forcing. We hypothesize that this phenomenon can be the origin for the synchronization of slow and fast brain rhythms.     

调制与解调用于随机共振的微弱周期信号检测

提出了调制随机共振方法，实现了在大参数条件下从强噪声中检测微弱周期信号.将混于噪声中的较高频率的弱信号经调制变为一差频的低频信号作用于随机共振体系，该低频信号满足绝热近似理论，因而能产生随机共振；再经解调可获得埋于噪声中的原较高频率的弱信号.对埋于噪声中的未知频率，可采用连续改变调制振荡器的频率，以获得一个适当的差频信号输入到随机共振体系，根据输出信号共振谱峰的变化经解调而得待检弱信号的未知频率.该方法应具有较高的应用前景. 关键词： 调制与解调 非线性双稳系统 随机共振 微弱信号检测     

开放四能级原子系统粒子数反转或无反转激光研究

在封闭的简单四能级原子系统模型的基础上提出了开放的四能级原子系统模型.通过在电偶极和旋转波近似下,解此系统的半经典密度矩阵运动方程得其稳态线性解析解.对该稳态解的数值模拟显示:随着驱动场的Rabi频率的连续增加系统会发生由输出的无粒子数反转激光到输出粒子数反转激光的转变;随着系统退出速率或者注入速率比的连续增大,系统会发生由输出的粒子数反转激光到输出无粒子数反转激光的转变;该系统能获得无吸收高色散;在稳态,探测激光上下能级粒子数差随探测场失谐的变化曲线呈弱矩形波.     

大参数周期信号随机共振解析

通过调节双稳系统参数实现大参数频率范围内周期信号的随机共振, 在工程上具有重要意义. 推导了双稳系统参数的归一化变换, 利用归一化变换原理对大参数周期信号的随机共振进行了数值仿真, 阐明该原理适用于任意频率周期信号. 对大参数随机共振用电路模拟进行了实验验证, 揭示了通过调节双稳系统参数可以实现大参数频率范围内的随机共振. 分析了二次采样实现大参数周期信号随机共振的机理, 通过数值仿真与参数归一化变换方法进行了比较. 仿真结果表明, 在输入信号幅度变化的情况下, 二次采样方法易出现发散现象, 而归一化变换具有更好的稳定性与适应性.     

Amplification of Nonpotential Waves in a Magnetized Beam–Plasma System Taking into Account the Evolution of the Plasma

We have analyzed the beam instability taking into account nonpotential effects in a completely magnetized plasma with a density varying slowly with time. It is shown that a frequency shift appears in the amplified signal (during the propagation in such an electrodynamic system); analytic relations determining this shift have been obtained.     

Parametric analysis of oscillations with slowly varying frequency

We propose an algorithm for estimating the parameters of a signal from its quasiharmonic representation and a method for estimation of slowly varying coefficients of a second-order differential equation. The considered approach uses Tikhonov’s regularization for the class of slowly varying functions. The results of statistical modeling for the Mathieu equation are presented. Solution of the frequency comparison problem on the example of estimation of the frequency instability of a quartz resonator setting a signal sampling rate is considered. Relations for determining the sampling rate are obtained and the results of numerical simulation are reported.     

Structural stochastic multiresonance in a hierarchical network of coupled threshold elements

Structural stochastic multiresonance is observed in hierarchical networks with a tree-like structure, with non-dynamical threshold elements placed in the nodes and interacting along the edges of the network, driven by a common slowly varying periodic signal and independent noise sources. If the amplitude of the periodic signal is close to the threshold double maxima of the signal-to-noise ratio in the output of the top elements occur for a narrow range of the strength of connections, depending on the number of layers and the branching factor of the network. Additional maximum occurs at small noise intensities due to averaging of inputs received by the top elements from many branches of the network.