[发明专利]基于联合去噪和伪哈密顿量的Duffing振子弱信号检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及到信号处理领域，具体为一种利用自相关-小波阈值变换联合去噪和伪哈密顿量的变尺度Duffing振子来检测微弱周期信号的方法。

背景技术

信号检测技术在工程领域中有极其广泛应用，如果有用信号幅度相对于噪声很微弱，或者有用信号自身幅度非常小，那么它就很容易被噪声淹没，对其检测会极为困难。传统微弱信号检测方法在检测信噪比极低信号时效果很差，而Duffing振子混沌系统由于具有对初值极端敏感、对噪声具有较好免疫力等优点，在检测微弱信号时表现出良好效果。作为一种新的微弱信号检测方法，混沌振子方法不是消除噪声，而是从噪声背景中提取信号，针对其独特性可将其应用到实际工程中，包括纳伏级微弱信号检测、地震信号检测、GPS信号捕获、转子早期故障诊断、齿轮早期疲劳裂纹检测、汽车飞轮壳检测、超声检漏、电网局部放电窄带干扰等方面。

在混沌系统的策动力为不同的数值时，系统的运动状态在固定点、同宿轨道、分岔、混沌、临界周期、大尺度周期等各个状态之间转变。基于混沌理论进行信号检测的原理就是构造一个混沌系统，该系统只对特定信号敏感。设置该混沌系统参数使其处于临界运动状态，当外界出现系统所敏感的信号时，虽然信号很微弱，也会使系统的运动状态发生质变。这样，我们就可以根据系统状态的转变来检测出要检测的微弱信号。

Duffing振子微弱周期信号检测方法只对低率参数信号比较敏感，并且系统临界阈值会随待测信号频率改变，利用混沌阵列方法检测不同频率信号（郭阳明,翟正军,姜红梅,等.基于互相关和混沌振子阵列的转子早期碰擦故障检测[J].航空动力学报,2008,23(12):2219-2223.），这种方法需要较多杜芬振子组成的阵元，在宽频信号检测及实际工程中不易操作和实现。而且在实际工程应用中，待测信号大多是不同的高频信号。Duffing振子检测方法相比其它检测方法有最低检测下限，但当信噪比很低时，系统不稳定，检测率降低，如果能改善待测信号信噪比将提高Duffing振子的检测能力。采用自相关方法去噪（李健,周激流,孙涛,等.自相关级联混沌振子法实现随相弱正弦信号的检测[J].四川大学学报(工程科学版),2010,1:035.），故意失掉待测信号相位信息同时抑制了部分噪声，但检测信噪比门限并不理想。在判断有无信号时，相图和时序图的定性分析方法（李月,杨宝俊,石要武.色噪声背景下微弱正弦信号的混沌检测[J].物理学报,2003,52(3):526-530.）有很强主观性，且当所能获得的数据量较小时，很容易产生误判（刘海波，吴德伟，戴传金，毛虎.基于Duffing振子的弱正弦信号检测方法研究[J].电子学报,2013,41(1):8-12.）。利用Duffing振子的Lyapunov特性指数（Lyapunov Character Exponent,LCE）定量判断系统状态时计算较复杂，实时性差，不符合工程应用要求。利用Floquet指数判别系统状态（杨红英，叶昊，王桂增，吕琛.Dufing振子的Lyapunov指数与Floquet指数研究[J].仪器仪表学报,2008:29(5):927-932），计算量有所减小，但其在临界状态的特征不明显且受噪声影响较大，这极大限制了Duffing振子在工程领域的应用。因此迫切需要寻求能在低信噪比条件下快速判别有无高频工程信号的方法。

鉴于此，本发明提出一种利用自相关-小波阈值变换联合去噪和伪哈密顿量的变尺度Duffing振子来检测微弱周期信号的方法。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种降低检测复杂度；提高强噪声背景下待测信号信噪比；实时准确的定量判断检测系统输出状态，判断有无待测信号的子弱信号检测方法，本发明的技术方案如下：一种基于联合去噪和伪哈密顿量的Duffing振子弱信号检测方法，其包括以下步骤：

101、对待测高频工程信号经过二次采样，即将采样频率为fs的高频工程信号信号变换为二次采样频率为fs'的低频参数信号，其中低频参数信号x(t)=s(t)+n(t)，s(t)是周期信号，n(t)是均值为零的高斯白噪声；