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非常好的混沌方面的硕士论文

时间:2017-8-5 13:38:15 点击:

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在现代战争中,舰炮防御体系作为水面舰艇反导抗击的最后一道防线,担负着拦截舰炮反舰导弹和击毁来袭战斗机等空中目标的重要使命。舰炮在抵抗袭击过程中采用的三种命中模式主要有:直接、间接和直接间接复合式。而间接体制应用最为广泛 且在提高舰炮反导能力方面较为有效[[i]]。这种体制是指舰炮使用近炸引信预制破片弹来拦截来袭的反舰导弹[[ii]]目前,国内外的常规舰炮炮弹所装配的一般是连续波多普勒体制的无线电引信,其工作原理是发射电磁波,然后接收反射波并根据多普勒效应原理来控制引信工作的。当弹丸与导弹间的距离在引信作用半径之内时引爆弹丸,完成毁伤导弹。

连续波多普勒无线电引信应用广泛,技术比较简单,但是容易受到干扰。因此,在日益复杂恶劣的电子对抗环境中,舰炮无线电引信要保持优良的引战配合性能的核心是提高舰炮引信提取多普勒信号的能力[[iii]]。这是因为:飞机采用隐身技术,导弹尺寸小,造成目标的RCS小,回波信号微弱。舰炮导弹多掠海飞行,海杂波的影响不可忽略,自然背matlab代做QQ1224848052景的回波往往要比目标回波大很多。所以对目标信息特征的充分提取和精确识别,就成为一个迫切需要解决的问题。另外对付高速飞行目标在弹目遭遇段的相对速度很高,因此弹目交会信号的持续时间很短,因此还要求引信信号处理器有很高的信号处理速度,这也就对引信信号处理速度提出要求。

多普勒信号检测的方法主要有相关法、数字滤波法、小波变换法等等。经典时域方法利用回波信号的幅度信息来获得目标信息,算法简单,不足是抗噪性能差,通常可检测信号的信噪比是在-10dB左右[[iv]]。目前,广泛应用于多普勒引信装备中的还是数字滤波法和相关法。数字滤波法利用FFT变换将有用信号提取出来。这是一种全局变换,具体是依据噪声能量集中在高频,而信号和噪声在频谱上是分离的,然后采用低通滤波器将有用信号提取出来。但是如果信号有混叠,此方法的优势就得不到体现。采用低通滤波器抑制噪声的同时,会去除掉部分信号的高频分量使信号的边缘部分变得模糊,而高通滤波器使信号边缘突出的同时,背景噪声也被加强了。总的来说,此方法的弊端是无法体现信号的时频局域特点及抗噪性能较差。相关法是另一种传统的matlab代做QQ1224848052去噪方法,利用的是白噪声的相关性,故只能使用与白噪声背景下的弱信号检测,对于复杂色噪声下的信号检测就失去了去噪效果。同时还提出了其他信号检测方法,如AR谱估计法、高阶谱估计法等等。这些方法虽然在处理低信噪比信号的问题上取得了进步,但是实现复杂,实时性不强,在工程中未得到广泛应用。

大量实验表明,对于信号信噪比在-10dB以下的情况,这些检测方法基本上是“束手无策”的。事实上,在日益复杂的电磁环境中,引信收到的回波信号噪声功率往往是高于有用信号的十几倍,甚至是几十倍,可想而知采用传统的这些方法是无法满足现代战争的需要的。若采用一些改进的方法,比如多重相关[[v]]、小波+相关等方法,提高信噪比检测能力的同时,也增加了实现的复杂性,不满足实时性及工程应用的要求。因此,我们亟需一种更好的信号处理方法,使我们能够在现在战场恶劣的战场电磁环境下把目标回波的多普勒频率正确检测出来。

为了解决在恶劣的电磁环境下引信信号的有效检测问题,本文将利用混沌振子检测多普勒信号,依据的是混沌动力系统的动力学行为对初始参数的极端敏感性,能够较低信噪比条件下提取出信号[[vi]][[vii]]。混沌振子检测方法不仅能够在信噪比方面满足多普勒引信信号检测要求,而且还具有较高的检测精度。另外还要考虑系统实时性的问题。本设计是利用Duffing振子检测微弱信号,算法复杂且计算量大。因而采用一般的处理器不能满足对系统实时性的要求,也不能满足存储大量数据的需要[[viii]]。通过在Matlab平台上进行仿真的过程中可以发现耗时很长,也证明了这一点。在解决系统实时性问题上,采用搭建DSP平台来实现对低信噪比下多普勒引信信号混沌系统的测量。这种方法将为多普勒引信信号的处理开辟一条新的道路。

 混沌振子因其对初始条件的极端敏感性,而广泛应用于微弱信号的处理领域中。针对现代战争对于引信抗噪性能的要求和多普勒信号的特点,将混沌振子引入到多普勒信号的检测中是有实际意义和可行的。

本文根据多普勒引信信号的特点,考察了混沌检测方法用于多普勒信号检测的可行性,并且根据混沌理论建立了多普勒引信信号混沌检测系统,讨论了多普勒信号混沌系统检测的特性,在此基础之上提出了混沌检测方法,分析了噪声对多普勒信号检测的影响。本系统的设计流程是先将算法在Matlab上进行仿真并列出典型数据,再将程序移植到CCS中在DSP上实现,从而成为一个闭环验证系统。DSP上的数据结果表明,该检测方法具有一定的可行性,检测精度在99.5%左右。

本文的主要工作和成果如下:

1)本文从工程实践的角度出发,在分析多普勒信号和混沌系统的特点的基础上,建立了基于Duffing混沌振子的多普勒信号检测模型,并对本频率检测系统的基本原理,然后对Duffing系统方程及其特性进行分析,提出了混沌检测多普勒信号频率的基本思路和具体方法。另外,对多普勒信号检测中的信噪比改善情况进行理论分析。

2)对相态变化的判别方法的选取。利用系统输出信号的时域相邻点过零点间隔的特点,分析了一种从时域角度出发进行混沌系统相态识别方法。此法有助于混沌振子检测多普勒引信信号的工程实现,能够提高检测效率。并对该方法进行了性能分析,与其他混沌判据进行了效率和准确率方面的比较,实验结果表明本文从时域输出的角度判别相态变化在检测效率方面优于相轨迹观察法和特征值法,为工程实现创造了条件。

3)首先从理论上对系统抗噪性能进行分析,再通过实验数据验证。还提出了进一步满足极低信噪比下多普勒信号频率检测思路,采用联合检测的方法,并对相关混沌联合检测方法进行了分析。

4)先利用Matlab进行算法仿真,再在TMS320C6713DSP上进行验证,形成一个闭环系统,其中进行了大量典型数据的分析。程序设计的第一步就是参数的选取,故而先对系统阈值、系统采样点数和采样步长数值的选取进行分析。实验数据表明:随着采样点数增加,相态变化引起的方差值变化幅度变大,而方差值的阶跃变化是本判别法的基础,故应选取合适的点数保证相态判别法的有效性;另外,系统阈值的有效数字位数受系统采样步长的影响,当步长减小一定程度,系统阈值可以精matlab代做QQ1224848052确到的有效位数增加一位。在此基础上从可检测信噪比下限和检测精度两个方面出发,对系统的信噪比改善情况进行分析并列表说明,数据表明系统对信噪比为-20dB左右的信号检测结果较为稳定,具有较好的检测精度,可达99.5%

多普勒引信信号的提取在现代战争中有着举足轻重的作用,而现在战争的复杂电磁环境势必对频率提取技术提出新的要求,那混沌检测法在多普勒引信信号上的应用对引信技术的提高有着重要的作用。因此,对于这种方法的工程实践在未来将有一片广阔的前景。

由于时间有限,本文只对相关联合联合检测方法进行理论分析和Matlab算法仿真,并未在DSP上加以实现。另外,由于受到实际条件的制约,本设计只是对AD器件的选择进行了分析,并未将实际信号采集进来。接下来的工作有待后续研究人员进一步展开,希望本文可以为后续工作的展开提供思路。

作者:非常好的混沌方面的硕士论文 来源:非常好的混沌方面的硕士论文
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