[发明专利]基于非线性回复力耦合Duffing振子的微弱信号检测方法

说明书

本发明公开了一种基于非线性回复力耦合Duffing振子的微弱信号检测方法，包括如下步骤：将待检测信号通过A/D转换器后得到待测数字信号；将待测数字信号输入非线性回复力耦合Duffing振子系统中，通过定步长四阶龙格库塔法求解振子间的误差信号；求解出的误差信号为待检测信号中的非周期脉冲信号。本发明方法采用包括线性回复力耦合项和非线性回复力耦合项的Duffing振子系统，能够检测大时宽脉冲信号；可以同时检测正负交替的脉冲信号；可检测最大幅度为100左右的大幅度非周期脉冲信号；可检测最小幅度为10^‑13左右的小幅度非周期脉冲信号；本发明方法检测非周期脉冲信号的检测信噪比最低可以达到‑30dB。

技术领域

本发明涉及一种基于非线性回复力耦合Duffing振子的微弱信号检测方法，该方法可以应用于通信、机械、电子、电气、电力、雷达、声纳、图像处理等工程领域中的低信噪比非周期脉冲信号检测中。

背景技术

微弱脉冲信号的检测在机械系统、电力系统、电子通信、生物医学等领域均有广泛的应用。由于混沌振子比常规信号检测方法，如小波分析、傅立叶分析、经验模态分解等，具有在更低的信噪比下检测信号的能力，所以在微弱脉冲信号检测中具有重要的应用价值。由于Duffing振子对噪声具有很强的免疫能力，目前微弱信号检测大多基于Duffing振子展开。微弱脉冲信号的检测分为周期脉冲信号检测和非周期脉冲信号检测，利用Duffing振子对周期信号的检测，已经研究非常深入了，但是对于非周期脉冲信号检测问题现有文献较少。

利用Duffing振子对非周期信号的检测方法中，具有代表性的是李月等在2006年提出的一种基于双耦合Duffing振子检测方法，其中构造的双耦合Duffing振子系统模型为：

式中，x₁是第一振子的状态变量，x₂是第二振子的状态变量，ξ是阻尼系数，k是耦合强度，fcos(t)是周期驱动力，f是周期驱动力的幅度，s(t)是离散后的待检测非周期脉冲信号，n(t)是噪声信号。

还有吴勇峰等在2011年提出的利用由三个振子构成的双向环形耦合Duffing振子系统进行检测，系统模型为：

式中，x₁和y₁是第一振子的状态变量，x₂和y₂是第二振子的状态变量，x₃和y₃是第三振子的状态变量，k₁和k₂是耦合强度，f是周期驱动力的幅度，s(t)是离散后的待检测非周期脉冲信号，n(t)是噪声信号。

上述两种非周期脉冲信号检测方法，其使用的耦合Duffing振子模型都属于线性回复力的耦合，且目前其它文献提供的用于脉冲信号检测的耦合Duffing振子也只是这两种形式的修改，均属于采用线性回复力的耦合类型。这类线性回复力耦合的Duffing振子用于非周期脉冲信号检测时存在一些问题，即无法检测大幅度、大时宽或正负交替的非周期脉冲信号，且脉冲上下沿的检测能力较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：现有的基于耦合Duffing振子的非周期脉冲信号检测方法，无法正确检测出大幅度、大时宽或正负交替的非周期脉冲信号。

本发明的具体技术方案如下：一种基于非线性回复力耦合Duffing振子的微弱信号检测方法，包括如下步骤：

步骤1，将待检测信号通过A/D转换器后得到待测数字信号；

步骤2，将待测数字信号输入非线性回复力耦合Duffing振子系统中，通过定步长四阶龙格库塔法求解振子间的误差信号；

步骤3，求解出的误差信号为待检测信号中的非周期脉冲信号；