混沌算法和子空间算法应用在微弱信号检测中的比较.pdf

《混沌算法和子空间算法应用在微弱信号检测中的比较.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第14卷第1期2014年1月科学技术与工程Vo1．14No．1Jan．2014167I1815(2O14)010235—04ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．混沌算法和子空问算法应用在微弱信号检测中的比较高振斌张晨李景春(河北工业大学信息工程学院，天津300401；国家无线电监测中心，北京100037)摘要常规的快速傅里叶变换(FFT)法在被检信号低于频谱仪底噪时检测效果较差，体现在要求输入信号的信噪比较高；因此需要检测能力更强的算法来识别出弱

2、信号。混沌算法由于拥有对弱信号敏感而对噪声有较强免疫性的特点，使它在微弱信号检测中占有重要的地位。将源自阵列信号处理中的子空间算法应用到了微弱信号检测中，并与混沌算法进行比较，试图将新的算法应用到弱信号检测领域中来。介绍了杜芬混沌算法和子空间算法，并且通过实际信号对算法进行了仿真分析。两种算法都能在较低信噪比条件下检测到信号；但是从硬件资源占用的方面考虑还是混沌算法更好些。最后用verilog语言设计了杜芬(Duffing)混沌算法检测中核心的四阶龙格库塔(RK4)模块。关键词杜芬混沌算法子空间算法低信噪比四阶

3、龙格库塔中图法分类号TP391．4；文献标志码A随着微弱信号检测理论的日趋成熟和数字器件行仿真比较，通过对实际单载波、带衰减的AM信性能的提高，越来越多的检测算法被应用到实际工号和航空AM信号的数据测试对两种算法的效果作中，像在生物医学、天文学、电磁学、信息通信等领进行了对比，最后使用FPGA对杜芬(Duffing)振子域这种技术更是得到了广泛的应用。这里所说的微混沌算法中的核心模块进行了实现。弱信号有的是指信号本身的幅度小，但更多的情况1杜芬振子混沌算法原理中微弱是相对嘈杂环境中的噪声而言的，噪声比信号大很多

4、，致使有用信号淹没在噪声当中_1]。所以，Duffing振子混沌系统本身具有对弱信号检测进一步研究微弱信号检测是有必要的，它正是一种的优势；它对输入的高斯白噪声有较强的免疫性，而抑制噪声并从中获取所需信号的技术，达到识别出对与系统频率相近的小幅度信号却非常敏感[4]。主目标信号的目的。目前，常规的检测方法主要是基要表现在能够使混沌系统的相位图发生明显的变于时域和频域的，最早提出的微弱信号检测方法有化。利用混沌振子检测时，系统相图在策动力的作时域的相关方法、取样积分方法、数字平均法和频域用下按一定规律变化，当只加

5、入高斯白噪声时，相图的功率谱估计方法_2]。然而这些方法有一些限制，轨迹与之前相比不会有较大的变化；当加入混有高主要表现在这些检测方法要求输人微弱信号的信噪斯白噪声的小幅值正弦信号后，相图立刻会从混乱比门限值较高。之后，经典的小波变换方法又被引的状态变为趋向规则的周期运动状态，这样就能够入到弱信号检测领域，克服了傅里叶分析无法做局通过相图的变化判断出有无微弱信号的存在。这里部化的不足]，进一步推进了弱信号检测技术。使用的Duffing方程为随着一些算法理论的成熟，混沌振子、随机共振+0．5x+(z+z。)一rc

6、oswt(1)等算法逐渐开始用来发现小信号。当前的弱信号检式(1)中0．5为阻尼系数，(一+z。)为非线性回复测技术有了很大的提高，但是更多的算法应该被引力，r和分别为周期外力的幅值和角频率，rcoswt入到这个领域中，因此将用于阵列测向的子空问算是周期策动力。方程的等价形式如式(2)所示。法引入到微弱信号检测中来，希望能对以后新算法一的应用提供参考。将两种检测算法在相同条件下进1一一ky+z—z。+rcoswt(2)系统中没有微弱信号时，系统相图处于混沌状2013年8月6日收到，9月9El修改态；一旦有小信号

7、输入，相图立刻会从混沌状态变为第一作者简介：高振斌(1973一)，男，硕士，信息与通信系统专业，研大周期运动状态，如图1所示，此图1为simulink究方向：通信信号处理。Email：zhangchen_47063755@126．corn。所搭建系统生成的相图。科学技术与工程14卷下面主要采用一些实际数据来仿真算法的效255Oo552鬃果，包括：单载波信号、经过幅度衰减后的AM信＼竖号、利用Agilent公司sensor接收机采集到的航空泰需波段AM信号。g3．1单载波信号利用信号发生器产生一个单载波信号，设置

8、的棚位运动横坐标／弧度相位运动横坐标／弧度参数如下：载波频率(f)===30mHz，参考电平(1ev—图1混沌状态(左)和大周期状态(右)相图e1)一一67dBm，信噪比(SNR)一一2OdB，符号速率(symbolrate)一2000sym／s，系统带宽20kHz。2子空间算法原理搜索条件设置为：频率搜索下限(fo)一5Hz，搜索上限(厂)一50Hz，搜索步长===0．02，采样子空