基于耦合混沌振子的微弱信号检测方法研究

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1、密级：公开工学硕士学位论文基于耦合混沌振子的微弱信号检测方法研究StudyonWeakSignalDetectionApproachesBasedonCouplingChaoticOscillators培养单位：机械工程学院专业：载运工具运用工程研究生：王晓东指导教师：杨绍普教授二〇一六年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均

2、已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：摘要在现代信息技术处理领域，微弱信号检测技术虽然在某些方面取得了一定的进展，但是在工程中仍然是一个很难突破的问题。微弱信号检测已经广泛应用于很多领域：通信雷达、物理、生物医学、旋转机械故障诊断等。在强噪声背景下，一般传统线性滤波的方法会失效，随着科学技术的发展，基于混沌理论和信号处理相结合的方法，使得微弱信号检测技术得到跨越式发展。混沌系统检测方法利用对初值的敏感性依赖性和对噪声的免疫力实现对微弱周期信号的检测，相比传统方法，很大程度上降低了检测门限，提高检测精度。本文正是利用混沌系统的这种优越性来实现微弱故障信号的检测。论

3、文首先介绍了混沌的定义、本质和特点以及判断混沌的原理方法，简单分析了几种常用的混沌模型：Duffing振子系统、Vanderpol振子系统、Lorenz混沌系统和Logistic系统模型，为微弱信号检测提供了理论依据。然后针对传统方法在低信噪比下检测不理想的问题，提出将Duffing振子和Vanderpol振子两种不同的混沌振子进行耦合的方法，建立非线性耦合系统模型，并进行了动力学行为分析，展现出比传统方法更好的准确性和稳定性。通过对检测系统方程进行时间尺度的变换，适应不同频率的信号，实现了对任意未知频率周期信号的检测，也对色噪声下微弱信号进行了检测。其次又提出了将两个完全

4、相同的Duffing振子进行耦合实现同步的方法，建立微弱信号检测耦合系统，与以往单Duffing振子系统相比具有更强的鲁棒性，而且还分析微弱脉冲信号，取得了较好的效果。最后进行了滚动轴承早期故障诊断实验设计，通过将采集的故障信号输入到双耦合Duffing振子系统当中进行实验验证，通过相轨迹的变化情况，此耦合系统能够在一定条件下检测出微弱的故障信号。因此混沌检测系统在早期故障诊断中具有很好的研究价值和发展前景。关键词：混沌理论；非线性耦合系统；信号检测；故障诊断AbstractWeaksignaldetectiontechnologyisoneoftheimportantco

5、ntentsintheareaofthemoderninformationprocessing,ithasmadesomeprogressinsomeareas,butitisstilladifficultbreakthroughprobleminengineeringpractice.Ithasbeenwidelyusedinmanyfields:communications,radar,physics,biomedical,rotatingmachineryfaultdiagnosisandsoon.Underthestrongnoisebackground,itwil

6、lfailforthegeneraltraditionallinearfilteringmethod.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,themethodofchaostheoryandsignalprocessingcombinationmakestheweaksignaldetectiontechnologyhavealeapfrogdevelopment.Chaoticsystemsmakeuseofthesensitivitydependenceoninitialconditionsandtheimmunityforn

7、oisetoachievedetectionofweakperiodicsignal,thusreducingtheSNRthresholdofsignaldetection,improvingtheprecisionofweaksignaldetection.Thisarticletakesadvantageofthesuperiorityofchaoticsystemstoachievefaultdetectionofweaksignals.Thesispresentsthenatureandthedefini