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《燕山大学》 2017年
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基于混沌弱信号检测的声波通信系统研究

魏自明  
【摘要】:随着世界科技不断进步,声波通信发展迅速,应用领域不断扩大。声波通信最早应用于军事领域,目前主要应用于水下声波通信。由于电磁波和光波在水下衰减严重,声波目前是水下远距离通信的最优手段。随着移动智能终端的普及,开始出现通过使用声波进行近距离通信。移动智能终端间的声波通信技术是未来近距离数据传输的一种发展趋势,具有广阔的发展前景。声波通信系统的一项关键技术是强噪声背景下的微弱声波信号检测。相比于通过滤除和抑制噪声来提取有效信号,混沌凭借其对特定频率周期信号的敏感性以及对噪声的强免疫性在弱信号检测领域更具发挥潜力。本文首先以Duffing系统作为研究对象,分析其混沌特性及动力学特性,通过Matlab仿真研究其弱信号检测能力、抗干扰能力及检测灵敏度,进行了Multisim电路仿真,并设计制作Duffing混沌电路板,通过实际电路证实了Duffing系统的弱信号检测能力。最后提出Duffing系统在弱信号检测时的窄范围检测和混沌态周期态难区分等问题,这些问题限制了Duffing系统在实际工程中的应用。针对Duffing系统存在的上述问题,对Liu系统进行模型改进得到类Liu系统,分析类Liu系统的混沌特性及动力学特性,对类Liu系统进行Matlab仿真,分析其弱信号检测能力、抗干扰能力及检测灵敏度,进行了Multisim电路仿真,并设计制作类Liu混沌电路板。实验结果证明类Liu系统可以解决Duffing系统存在的问题。通过对比Duffing混沌电路板和类Liu混沌电路板的弱信号检测性能,包括时域信号检测性能、广域检测性能、检测频率精度、抗噪声能力和系统稳定性,得出类Liu系统具有周期态收敛和广域检测的优点,而Duffing系统具有更强的抗噪声能力和更高的稳定性。针对Duffing系统混沌态周期态难区分的问题,提出Duffing-滤波器系统和Duffing-类Liu组合混沌系统两种解决办法。搭建了空中声波通信系统和水下声波通信系统,空中声波通信系统主要研究混沌系统对低频声波信号的检测性能,水下声波通信系统主要针对的是较高频率的声波信号。通过两组声波通信实验,对混沌电路板应用于实际信号检测做了初步尝试,证明了混沌系统进行实际信号检测的可行性。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN929.3

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