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基于混沌的弱信号检测方法研究及混沌系统的FPGA实现

冯松鹤  
【摘要】:信息交互使物质紧密联系在一起,在信息的发送、传输、接收和处理等各个环节,噪声的存在影响着信息的有效传递。微弱信号检测技术是对噪声进行抑制的方法,它具有很多分支,混沌系统作为一种对特定频率信号敏感、对噪声免疫的系统,被广泛应用于微弱信号检测。本文从间歇混沌用于未知频率微弱信号检测、混沌同步用于低信噪比信号波形恢复以及混沌系统的FPGA实现三个方面进行研究。首先,通过对Duffing混沌系统、Liu混沌系统进行特性分析,突出Liu混沌系统具有收敛状态的特点。利用分岔图对Chua's混沌系统进行分析,以获得参数变化与混沌系统状态的关系。对锁相环工作原理进行分析,为锁相环参数设计提供理论指导。然后,针对间歇混沌产生条件不明确的问题,对Duffing混沌系统的间歇混沌现象进行研究,通过仿真实验说明噪声对间歇混沌现象产生条件的影响。针对Duffing混沌系统的混沌—周期转变型间歇混沌现象不明显的问题,利用Liu混沌系统具有收敛状态的特点,调试出Liu混沌系统的混沌—收敛转变型间歇混沌,通过含噪声未知频率声波检测实验对两个混沌系统进行对比,实验结果表明Liu混沌系统具有检测准确率高的优势。接着,设计控制器实现驱动—响应式Chua's混沌同步系统,并对其微弱信号检测功能进行验证。针对Chua's混沌同步系统只能检测特定频率微弱信号的不足,引入尺度变换思想进行改进,通过调整系统中的尺度变换因子,可以使改进后的系统检测不同频率范围的微弱信号。为了获得更加纯净的信号,进行锁相环设计,与改进后的Chua's混沌同步系统串联,实现低信噪比正弦信号波形恢复。最后,基于FPGA平台设计Duffing混沌数字系统和Liu混沌数字系统,对两个数字混沌系统进行基本功能实验验证。将两个数字混沌系统与相应的模拟混沌系统进行状态转变阈值稳定度对比实验,分析两个数字混沌系统的优缺点。


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