基于耦合混沌振子的微弱信号检测方法研究

发布时间：2017-08-25 10:07

  本文关键词：基于耦合混沌振子的微弱信号检测方法研究

  更多相关文章： 混沌理论 非线性耦合系统 信号检测 故障诊断

【摘要】：在现代信息技术处理领域,微弱信号检测技术虽然在某些方面取得了一定的进展,但是在工程中仍然是一个很难突破的问题。微弱信号检测已经广泛应用于很多领域:通信雷达、物理、生物医学、旋转机械故障诊断等。在强噪声背景下,一般传统线性滤波的方法会失效,随着科学技术的发展,基于混沌理论和信号处理相结合的方法,使得微弱信号检测技术得到跨越式发展。混沌系统检测方法利用对初值的敏感性依赖性和对噪声的免疫力实现对微弱周期信号的检测,相比传统方法,很大程度上降低了检测门限,提高检测精度。本文正是利用混沌系统的这种优越性来实现微弱故障信号的检测。论文首先介绍了混沌的定义、本质和特点以及判断混沌的原理方法,简单分析了几种常用的混沌模型:Duffing振子系统、Van der pol振子系统、Lorenz混沌系统和Logistic系统模型,为微弱信号检测提供了理论依据。然后针对传统方法在低信噪比下检测不理想的问题,提出将Duffing振子和Van der pol振子两种不同的混沌振子进行耦合的方法,建立非线性耦合系统模型,并进行了动力学行为分析,展现出比传统方法更好的准确性和稳定性。通过对检测系统方程进行时间尺度的变换,适应不同频率的信号,实现了对任意未知频率周期信号的检测,也对色噪声下微弱信号进行了检测。其次又提出了将两个完全相同的Duffing振子进行耦合实现同步的方法,建立微弱信号检测耦合系统,与以往单Duffing振子系统相比具有更强的鲁棒性,而且还分析微弱脉冲信号,取得了较好的效果。最后进行了滚动轴承早期故障诊断实验设计,通过将采集的故障信号输入到双耦合Duffing振子系统当中进行实验验证,通过相轨迹的变化情况,此耦合系统能够在一定条件下检测出微弱的故障信号。因此混沌检测系统在早期故障诊断中具有很好的研究价值和发展前景。
【关键词】：混沌理论 非线性耦合系统 信号检测 故障诊断
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.23;O415.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题研究的应用背景与意义8-10
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析10-13
• 1.2.1 混沌理论国内外研究现状10-11
• 1.2.2 微弱信号检测技术国内外研究现状11-13
• 1.2.3 混沌理论在滚动轴承故障诊断的应用进展13
• 1.3 研究内容及创新点13-16
• 1.3.1 主要研究内容13-15
• 1.3.2 主要创新点15-16
• 第二章 混沌学基本理论与混沌模型16-29
• 2.1 混沌的基本理论16-21
• 2.1.1 混沌的基本概念16-17
• 2.1.2 混沌的基本性质17-19
• 2.1.3 研究混沌的方法19-21
• 2.2 典型的混沌动力学模型21-28
• 2.2.1 Duffing振子系统数学模型及分析21-24
• 2.2.2 Van der pol混沌振子模型及分析24-26
• 2.2.3 Lorenz数学模型及分析26-27
• 2.2.4 Logistic数学模型及分析27-28
• 2.3 总结28-29
• 第三章 基于耦合Duffing振子和Van der pol振子微弱信号检测29-47
• 3.1 耦合系统的动力学行为分析29-39
• 3.1.1 非线性耦合系统模型的建立29-30
• 3.1.2 耦合系数k对非线性系统的影响30-32
• 3.1.3 非线性耦合系统的动力学行为现象32-34
• 3.1.4 非线性耦合系统的敏感性分析34-37
• 3.1.5 噪声对非线性耦合系统的影响37-39
• 3.2 微弱信号检测仿真实验39-46
• 3.2.1 微弱正弦信号检测39-42
• 3.2.2 对未知频率周期信号检测42-43
• 3.2.3 色噪声下的微弱正弦信号检测43-46
• 3.3 总结46-47
• 第四章 基于耦合Duffing振子的微弱故障信号检测47-61
• 4.1 双耦合Duffing振子动力学行为分析47-49
• 4.1.1 双耦合Duffing振子模型的建立47-48
• 4.1.2 耦合系数与动力学行为的关系48
• 4.1.3 双耦合Duffing振子的分岔图分析48-49
• 4.2 双耦合Duffing振子微弱信号检测49-52
• 4.2.1 检测原理49
• 4.2.2 建立Simulink仿真模型49-50
• 4.2.3 初相位对临界阈值的影响50-52
• 4.3 双耦合Duffing振子对微弱正弦信号检测52-56
• 4.3.1 相位对幅值检测的影响分析54-55
• 4.3.2 与Duffing振子比较55-56
• 4.4 微弱脉冲信号的检测56-59
• 4.5 轴承的早期故障诊断59-60
• 4.6 总结60-61
• 第五章 滚动轴承早期故障诊断实验设计61-72
• 5.1 故障模拟振动试验台61-62
• 5.2 滚动轴承的早期故障62-65
• 5.3 传感设备与信号采集65-68
• 5.4 滚动轴承早期故障诊断68-71
• 5.4.1 实验数据统计分析69-71
• 5.5 总结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考 文献74-80
• 致谢80-81
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文81

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本文编号：736403