[发明专利]一种水声信号的Duffing振子检测方法

说明书

本发明公开一种水声信号的Duffing振子检测方法，属于水声信号处理技术领域，利用一个Duffing振子，通过改变系统求解步长实现对频率未知水声信号的检测，避免了混沌阵子列检测法需不断调整系统参数的缺点，降低了系统的复杂度。通过对实测水声信号进行检测处理，得到检测结果，结果表明，采用本发明公开的检测方法对水声信号进行检测处理是一种行之有效的方法，具有混沌振子数量少、计算复杂度低、间歇混沌时序图直观清晰的优点。

技术领域

本发明涉及水声信号处理技术领域，具体为一种水声信号的Duffing振子检测方法。

背景技术

文献“基于Hilbert变换及间歇混沌的水声微弱信号检测方法研究，物理学报，2015，Vol.64(20)，p69-76”公开了一种水声信号的检测方法，通过构造混沌振子列的方法对频率未知信号进行扫频，从而提取待检测信号的频率范围，最后利用希尔伯特变换，实现对间歇混沌的包络检测，并计算出待检测信号的频率。但是需要说明的是，但该方法存在频率检测范围有限、混沌振子数量多、计算复杂度高、间歇混沌时序图不够直观清晰的缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种水声信号的Duffing振子检测方法，具有混沌振子数量少、计算复杂度低、间歇混沌时序图直观清晰的优点。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种水声信号的Duffing振子检测方法，包括以下步骤：

步骤S1，在Duffing振子的基础上建立双Duffing振子差分检测数学模型，调节模型参数使模型处于临界混沌状态；

步骤S2，采集水声信号，并对水声信号进行归一化处理，并进行频谱分析，确定水声信号所在的频段；

步骤S3，将水声信号所在的频段划分为一组等比数列w_n，计算出w_n所对应的求解步长序列a_n；

步骤S4，将所述水声信号输入步骤S1中建立的模型中，利用四阶龙格-库塔法求解，依次调节求解步长，观察模型输出的差分时序图，若相邻两步长之间均出现间歇混沌现象，则证明待测信号线谱存在，确定待测信号线谱频率范围，计算出待测水声信号的频率。

可选的，步骤S1中的双Duffing振子差分检测数学模型为：

式中γcos(wt)为内置策动力，γ为内置策动力幅值，w为内置策动力角频率，-x(t)+x³(t)为非线性恢复力，k为阻尼系数。

可选的，w＝1rad/s，α＝1.001，k＝0.5，γ_d＝0.826。

可选的，步骤S3中等比数列w_n的公比为1.06。

可选的，步骤S3中求解步长序列计算公式为：

其中，f_s＝1000Hz，w＝1rad/s，w_n＝1.06ⁿ。

可选的，步骤S4中，模型输出的差分时序图包括三种情况：若时序图是幅度很小的规则波形图，则为大尺度周期状态；若是直线与不规则波形规律性交替出现，则为间歇混沌状态；否则为混沌状态。

可选的，水声信号频率的计算公式为：