[发明专利]一种基于杜芬振子逆向相变的弱信号检测方法

说明书

本发明涉及一种基于杜芬振子逆向相变的弱信号检测方法，主要解决现有技术中存在的方法复杂，需要依赖精确临界阈值的技术问题，本发明的技术方案是通过构建两组满足特定关系的逆向相变检测振子组成检测阵列，使待测信号的检测和幅度值测量通过统计发生相变和未发生相变的振子数量实现，依据阵列中振子的参考信号和待测信号的矢量合成关系计算得出检测结果，较好地解决了该问题，可用于频率已知的弱正弦信号幅度检测中。

技术领域

本发明涉及信号检测领域，特别涉及到一种基于杜芬振子逆向相变的弱信号检测方法。

背景技术

杜芬振子是一非线性振动方程，其相轨迹可以随着策动力幅度的增大依次出现同宿轨道、分岔、混沌运动、大周期运动等运动状态，是用于研究混沌的常用模型之一。杜芬振子混沌态和大周期态之间的状态转变具有对周期信号极其敏感，而对噪声有一定免疫能力的特性。杜芬振子弱信号检测方法正是利用此特性进行弱信号检测。目前，杜芬振子弱信号检测基本方法主要有两种：正向相变检测方法和逆向相变检测方法。它们都是利用了杜芬振子在相轨迹运动状态转变过程中只对参考信号频率附近极窄范围内的周期信号敏感，而对噪声和其它频率信号不敏感的特性。杜芬振子正向相变检测方法出现较早，逆向相变检测方法出现较晚。所谓正向相变，是指杜芬振子从混沌态向大周期态的转变，而正向相变检测方法就是以正向相变为判据的检测方法；同理，所谓逆向相变，是指杜芬振子从大周期态向混沌态的转变，而逆向相变检测方法就是以逆向相变为判据的检测方法。利用逆向相变检测方法检测时，首先通过设置参考信号初始相位和相轨迹初始位置，使杜芬振子初始状态为稳定的大周期态，并将参考信号幅度调整到逆向相变临界值γ_c，然后加入待测信号。杜芬振子相轨迹运动状态对噪声具有一定的免疫力，而对参考信号频率附近极窄范围内的周期小信号敏感，当待测信号中包含弱正弦小信号且与参考信号相位相反时，叠加后的策动力幅值将低于γ_c，导致系统发生逆向相变。因此，以杜芬振子逆向相变为判据，可通过判断杜芬振子有无发生逆向相变实现强噪声中弱正弦信号的检测。当其用于弱正弦信号幅度测量时，按照以往的正向相变检测中的传统做法，调整参考信号幅值至γ_a，使加入待测信号后的系统重新处于大周期状态的临界态，此时，待测小信号的估计值即为：以上就是基于杜芬振子的逆向相变弱信号检测方法基本原理。

两种检测基本原理都存在“检测盲区”的问题、“临界阈值”的问题。“检测盲区”问题，即单个振子一次检测可能存在检测不到信号的可能性。待测信号与参考信号相位差需满足一定关系，使待测信号落入检测窗口才能检测到。“临界阈值”问题，即杜芬振子发生相轨迹运动状态转变的理论阈值与实验阈值不同，且差别较大，现有检测方法只能依靠实验阈值进行，但满足精度的实验阈值获得过程繁琐，影响因素多，且容易引入人的主观因素，导致检测振子难以准确设置为临界状态，使整个检测过程实施难度大。

逆向相变的检测原理比正向相变检测原理具有更好的检测性能，目前解决“检测盲区”问题和“临界阈值”问题的方法主要是针对正向相变检测原理的。

现有的解决“检测盲区”问题的方法是，根据检测需要，将多个振子的参考信号初始相位在[0,2π]内按一定分布进行设置，这样，保证待测信号在任意时间检测都能落入至少一个检测振子的检测窗口，消除检测盲区的影响。

现有的解决“临界阈值”问题的方法包括：将输入噪声白化处理、将待测信号频率进行归一化处理、调整检测振子模型参数，但这些方法都没有根本上解决“临界阈值”的问题，该问题依然严重影响着该检测方法的工程应用。

因此，提供一种基于逆向相变检测原理的过程简单，人工介入少、无检测盲区、不要求临界阈值的检测方法就很有意义。

发明内容