一种基于胞映射的混沌检测判据方法技术

本发明专利技术公开了一种基于胞映射的混沌检测判据方法，其包括以下步骤：步骤1、将待测信号εcos(ωt)加入Duffing方程构建待测信号εcos(ωt)的混沌振子阵列；步骤2、构建混沌振子阵列的胞空间，通过胞映射的方法逐个确定该胞空间内的所有吸引子以及每个吸引子对应的吸引域；步骤3、获取每个混沌振子的相轨迹，确定每个混沌振子的运动状态；步骤4、确定待测信号εcos(ωt)的幅值和频率值。本发明专利技术不仅能实现自动化，而且还加快检测速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于胞映射的混沌检测判据方法
本专利技术涉及信号检测
，具体涉及一种通过混沌理论进行微弱的周期信号检测并对检测结果通过胞映射进行判据的方法。
技术介绍
在混沌检测系统中，当系统的结构参数稳定时，微小的初值变化就会引起其运动状态的变化，通过检测运动轨迹之间的巨大差异，就能检测到初值的细微变化，这是混沌测量的基本原理。混沌系统具有对结构参数的敏感性，当系统的结构参数发生变化时，系统的输出状态也会随之发生变化，因此可以将混沌系统视为一个具有无限倍数的放大器，从而构成高精度的电机转速测量系统。此外混沌振子对噪声还具有一定的免疫性，噪声只能局部地改变混沌系统的相轨迹，很难引起系统的非平衡相变。而一旦待测信号中含有与内部驱动信号同频率值的信号，即使幅值很小，也会导致混沌振子向周期状态迅速过渡。混沌检测系统的这些优点能很好地解决各种微弱信号难以测量的问题。混沌检测的关键问题之一是系统运动状态的判别方法，判别系统运动状态的方法会直接影响到检测结果。目前可实际应用的判别系统运动状态的方法较少，并且在应用起来会比较困难。比如计算Lyapunov指数的方法需要较长的时间才能获得准确的Lyapunov指数，这难以满足很多检测系统的要求。如果是用人眼识别，又无法实现自动化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于胞映射的混沌检测判据方法，本专利技术无需通过计算以及人眼识别，通过胞映射方法为计算机提供了客观的判断标准，让计算机可以自动化判断混沌振子的相轨运动状态，通过对混沌振子阵列的分析，即可进行微弱的周期信号的测量，不仅能实现自动化，而且还加快检测速度。为实现以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于胞映射的混沌检测判据方法，其包括以下步骤：步骤1、根据Duffing方程x″+kx′-αx3+βx5＝f(t)构建一个混沌振子，其中，k为阻尼比，-αx3+βx5为非线性恢复力项，f(t)为周期策动力项，该混沌振子对应一个幅值和一个频率值，通过改变幅值或/和频率值构建多个混沌振子，以此组成混沌振子阵列；步骤2、构建混沌振子阵列的胞空间，通过胞映射的方法确定该胞空间内的吸引子，以获取混沌振子阵列内的每个混沌振子对应的吸引子；步骤3、将待测信号εcos(ωt)加入每个混沌振子中，以获取每个混沌振子的相轨迹，将所述每个混沌振子的相轨迹与该混沌振子对应的吸引子进行比较，以找出运动状态为临界大尺度周期状态的混沌振子；步骤4、确定待测信号εcos(ωt)的幅值和频率值：所述待测信号εcos(ωt)的幅值和频率值分别与步骤3中所述运动状态为临界大尺度周期状态的混沌振子的幅值和频率值相同。步骤1中，混沌振子阵列中每行混沌振子的幅值相同，每列混沌振子的频率值相同。所述步骤2包括以下步骤：步骤21、把需要分析的混沌振子阵列的状态空间离散成有多个胞组成的胞空间；步骤22、从所述胞空间中任取一待处理的胞的中点，对该中点进行短时积分以使该中点映射到吸引子中的某一点上，所述吸引子中的某一点标记为映射初点；步骤23、选取所述映射初点为起点，开始多次点映射，每次点映射后，记录该映射初点对应的映射点所在的胞，得到了一个胞映射序列，在胞空间中，标出该胞映射序列中的映射初点对应的这些映射点所在的胞，于是得到了该映射初点所在吸引子对应的子胞空间；步骤24、从一个未开始处理的胞开始，重复步骤22-步骤23，得到该未开始处理的胞对应的吸引子，而该未开始处理的胞为其对应的吸引子的吸引域的子集；步骤25、重复步骤24，直至所有的胞都被处理，以得到所有的吸引子及每个吸引子对应的吸引域。所述步骤3中将所述每个混沌振子的相轨迹与该混沌振子对应的吸引子进行比较，以找出运动状态为临界大尺度周期状态的混沌振子的方法是：若某一混沌振子对应的吸引子为周期吸引子，而该混沌振子的相轨迹位于该周期吸引子所在的子胞空间内，则该混沌振子的运动状态为大尺度周期状态，并且是临界大尺度周期状态。如果混沌振子的吸引子可以计算得出，则步骤22可以省去，步骤23从计算得出的吸引子中任一点为起点进行点映射。本专利技术根据混沌理论构建混沌振子；然后将多个混沌振子组成混沌振子阵列，以此作为混沌系统，混沌系统数字化的形式，方便了数据的处理；将获取的混沌系统中各个混沌振子输出的时间序列，得到系统中各个混沌振子的相轨线；再通过胞映射方法分析相轨线，判断系统中各个混沌振子的运动状态，由此确定待测周期信号。本专利技术的有益效果是：1、通过胞映射方法为计算机提供了客观的判断标准，让计算机可以自动化判断混沌振子的相轨运动状态，通过对混沌振子阵列的分析，即可进行微弱的周期信号的测量，相对于人眼识别能实现自动化，相对于繁琐计算加快了检测速度；2、通过构建数字化形式的混沌振子阵列，方便了数据的处理。附图说明图1是本专利技术的工作流程图；图2是混沌振子阵列的一个混沌振子的仿真模型；图3是混沌振子处于大尺度周期状态时的相轨图；图4是混沌振子处于混沌状态时的相轨图；图5是本专利技术中胞映射方法的实施流程图；图6是胞映射过程中得到的胞(较少点映射次数时)；图7是胞映射过程中得到的胞(较多点映射次数时)；图8是胞映射方法的分析结果(混沌振子处于大尺度周期状态)；图9是胞映射方法的分析结果(混沌振子处于混沌状态)。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细说明。实施例请参照图1所示，一种基于胞映射的混沌检测判据方法，其包括以下步骤：S10、获取待测的微弱信号(WeakSignal)，微弱信号有两个方面的含义：其一是指有用信号的幅度相对于噪声或干扰来说十分微弱；其二是指有用信号幅度绝对值极小，如检测uV，nV，pV量级的电压信号。对于各种微弱的被测量，例如弱光、弱磁、弱声、小位移、小电容、微流量、微压力、微振动和微温差等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，形成微弱电信号，再经放大器放大其幅值以期反映被测量的大小。S20、根据需要测量的范围和精度建立相应当数量的混沌振子，由这些混沌振子组成混沌振子阵列，在本专利技术中，构建混沌振子阵列的方法是：根据Duffing方程x″+kx′-αx3+βx5＝f(t)构建一个混沌振子，其中，k为阻尼比，-αx3+βx5为非线性恢复力项，f(t)为周期策动力项，这个混沌振子对应一个幅值和一个频率值，通过改变幅值或/和频率值构建多个混沌振子，以此组成混沌振子阵列。为了方便设置，可将混沌振子阵列中每行混沌振子的幅值相同，每列混沌振子的频率值相同，不同行混沌振子之间幅值变化通过改变待检测信号εcos(ωt)后增加的放大倍数为j的放大器实现，不同列混沌振子之间的频率值变化通过将x″+kx′-αx3+βx5＝jεcos(ωt)改写成：x″+kωx′-ω2x3+ω2x5＝jω2cos(ωt)实现，第一行第一列对应的混沌振子与最后一行最后一列对应的混沌振子的幅值之间的数值以及频率值之间的数值即构成了待测微弱信号的范围，相连两行之间的幅值差以及相连两列之间的频率值差即构成了待测微弱信号的精度。混沌振子阵列用数字系统实现，方便数据的处理。将待测信号εcos(ωt)替代混沌振子阵列中的周期策动力项，以形成该待测信号εcos(ωt)的混沌系统，图2中示出了混沌系统中将待测信号εcos(ωt)加入x″+kx′-α本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于胞映射的混沌检测判据方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1、根据Duffing方程x″+kx′‑αx3+βx5＝f(t)构建一个混沌振子，其中，k为阻尼比，‑αx3+βx5为非线性恢复力项，f(t)为周期策动力项，该混沌振子对应一个幅值和一个频率值，通过改变幅值或/和频率值构建多个混沌振子，以此组成混沌振子阵列；步骤2、构建混沌振子阵列的胞空间，通过胞映射的方法确定该胞空间内的吸引子，以获取混沌振子阵列内的每个混沌振子对应的吸引子；步骤3、将待测信号εcos(ωt)加入每个混沌振子中，以获取每个混沌振子的相轨迹，将所述每个混沌振子的相轨迹与该混沌振子对应的吸引子进行比较，以找出运动状态为临界大尺度周期状态的混沌振子；步骤4、确定待测信号εcos(ωt)的幅值和频率值：所述待测信号εcos(ωt)的幅值和频率值分别与步骤3中所述运动状态为临界大尺度周期状态的混沌振子的幅值和频率值相同。

【技术特征摘要】
1.一种基于胞映射的混沌检测判据方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1、根据Duffing方程x″+kx′-αx3+βx5＝f(t)构建一个混沌振子，其中，k为阻尼比，-αx3+βx5为非线性恢复力项，f(t)为周期策动力项，该混沌振子对应一个幅值和一个频率值，通过改变幅值或/和频率值构建多个混沌振子，以此组成混沌振子阵列；步骤2、构建混沌振子阵列的胞空间，通过胞映射的方法确定该胞空间内的吸引子，以获取混沌振子阵列内的每个混沌振子对应的吸引子；步骤3、将待测信号εcos(ωt)加入每个混沌振子中，以获取每个混沌振子的相轨迹，将所述每个混沌振子的相轨迹与该混沌振子对应的吸引子进行比较，以找出运动状态为临界大尺度周期状态的混沌振子；其中，ε为幅度，ω为频率值；步骤4、确定待测信号εcos(ωt)的幅值和频率值：所述待测信号εcos(ωt)的幅值和频率值分别与步骤3中所述运动状态为临界大尺度周期状态的混沌振子的幅值和频率值相同；所述步骤2包括以下步骤：步骤21、把需要分析的混沌振子阵列的状态空间离散成有多个胞组成的胞空间；步骤22、从所述胞空间中任取一待处理的胞的中点，对该中点进行短时积分以使该中点映射到吸引子中的某一点上，所述吸引子中的某一点标记为映射初点；步骤23、选取所述映射初点为起...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨汝，李斌华，许百如，何清平，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44