CN104635204A - 一种基于Duffing-Lorenz混沌系统的信号源定位方法 - Google Patents

Abstract

一种基于Duffing-Lorenz混沌系统的信号源定位方法，三个不同位置的信号接收器组成一组接收基站，信号接收器由同样的自相关器和Duffing-Lorenz电路构成，接收微弱信号前，调节Duffing-Lorenz电路使电路输出电压波形为混沌波形，当三个信号接收器分别在不同时间接收到微弱信号时，经过各自的自相关器进行信号去噪处理后，将其作为输入信号引入各自的Duffing-Lorenz电路，用检测器检测三个Duffing-Lorenz电路输出的电压波形从混沌波形变向大周期波形并记录突变点时间t₁、t₂、t₃，突变点时间输入计算机中，利用计算机计算出信号源位置。本发明具有灵敏性高、对微弱信号检测定位精准等优点。

Description

一种基于Duffing-Lorenz混沌系统的信号源定位方法

技术领域

本发明涉及一种电子信号通信领域，尤其是一种基于Duffing-Lorenz混沌系统的信号源定位方法。

背景技术

当今社会定位方法有很多，例如GPS定位、基站定位、WiFi AP定位、蓝牙定位iBeacon等等，它们各有各的优势。但其都是基于强信号进行定位，对于弱信号发射源的定位，目前国内并没有一套成型且可靠的方案。在微弱信号检测领域中，目前人们已经验证了将Duffing振子用于检测信号的可行性。然而人们仅仅是利用混沌检测微弱信号，却无法对微弱信号源进行定位。

发明内容

本发明目的在于提供一种灵敏性高、对微弱信号检测定位精准的基于Duffing-Lorenz混沌系统的信号源定位方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：

本发明方法主要包括三个相同的信号接收器，所述定位方法步骤如下：

a、三个信号接收器安装在不同的位置建立一组接收基站；每个信号接收器由同样的自相关器和Duffing-Lorenz电路构成，三个信号接收器的位置信息记录在计算机中；

b、在接收微弱正弦波信号前，根据Duffing-Lorenz公式的输出变量x、y、z、u、v与自变量t的关系，选择每个电路中代表x、y、z、u、v变量输出的5个点作为测试点，调节每个Duffing-Lorenz电路，使5个输出点输出的x、y、z、u、v变量的电压波形为混沌波形；

c、信号源在某一时刻发射出的微弱正弦信号与信号接收器连接的Duffing-Lorenz电路中余弦信号频率相同，该微弱正弦信号经过不同时间延迟分别到达三个信号接收器；

d、三个信号接收器接收到该微弱正弦信号后经过各自的自相关器进行信号去噪处理，将处理后的微弱正弦信号作为输入信号引入各自连接的Duffing-Lorenz电路；

e、三个Duffing-Lorenz电路各自的编号为x、y、z、u、v的5个变量输出的电压波形从混沌波形变向大周期波形，选择其中一个用于检测的变量的输出电压波形，利用检测器分别记录三个Duffing-Lorenz电路中所选的每一个用于检测的变量输出电压波形转变的时刻t₁、t₂、t₃；

f、将t₁、t₂、t₃输入到计算机中，三个信号接收器的位置已知，时间t₁、t₂、t₃已知，利用记录的三个时间t₁、t₂、t₃和已知发射的频率速度、三个信号接收器的位置，可计算出第四个点的位置，第四个点即发射微弱正弦信号源的位置，从而完成对信号源的定位。

步骤b中，将Lorenz算法和Duffing算法融合为一种新六维混沌算法，具体形式为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=a(y-x)+\mathrm{dzu}-q\\ \stackrel{\·}{y}=\mathrm{cx}-\mathrm{xz}-y\\ \stackrel{\·}{z}=\mathrm{xy}-\mathrm{bz}\\ \stackrel{\·}{u}=v\\ \stackrel{\·}{v}=-\mathrm{ev}-u^3+f\cos \left(q\right)\\ \stackrel{\·}{q}=\mathrm{wgx}\end{array}\right.$

式中：a、b、c、d、e、f、g是实常数，取余弦函数cos(wt)的频率为w，时间为t，用变量q替换wt，余弦函数变换成cos(q)；当选取特定的参数值a、b、c、d、e、f、g时,系统用对应的Duffing-Lorenz电路中x、y、z、u、v五个变量输出混沌形状的电压波形。当加入频率为同频率w的微弱正弦波电信号后，其具体形式变为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=a(y-x)+\mathrm{dzu}-q\\ \stackrel{\·}{y}=\mathrm{cx}-\mathrm{xz}-y\\ \stackrel{\·}{z}=\mathrm{xy}-\mathrm{bz}\\ \stackrel{\·}{u}=v\\ \stackrel{\·}{v}=-\mathrm{ev}-u^3+f\cos \left(q\right)+k\sin \left(q\right)\\ \stackrel{\·}{q}=\mathrm{wgx}\end{array}\right.$

调节系统的各个参数可以使系统在加入余弦信号相同频率的幅值k大于10^-6伏电压的微弱正弦波电信号后，对应的Duffing-Lorenz电路x、y、z、u、v五个变量输出电压从混沌波形转变为大周期波形。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、可利用Duffing-Lorenz电路检测规定频率的微弱正弦波信号是否存在；

2、将Lorenz混沌系统和Duffing混沌系统串连组成一种Duffing-Lorenz混沌系统，与单独使用Duffing混沌系统相比，进一步增加了电路对微弱正弦波信号反映的灵敏性；

3、Duffing-Lorenz电路只受规定频率的微弱正弦波信号的输入的影响，不受其它频率的噪声影响，对干扰信号具有极强的抑制作用；

4、本方法弥补了现有定位技术的不足，使强噪声背景下的微弱谐波信号源的定位技术得到改进。

附图说明

图1是本发明方法的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明定位方法，主要由三个相同的信号接收器组成，定位方法步骤如下：

a、三个信号接收器安装在不同的位置建立一组接收基站；每个信号接收器由同样的自相关器和Duffing-Lorenz电路构成，三个信号接收器的位置信息记录在计算机中；

b、在接收微弱正弦波信号前，根据Duffing-Lorenz公式的输出变量x、y、z、u、v与自变量t的关系，选择每个电路中代表x、y、z、u、v变量输出的5个点作为测试点，调节每个Duffing-Lorenz电路，使5个输出点输出的x、y、z、u、v变量的电压波形为混沌波形；

设计一种新的Duffing-Lorenz混沌系统，将Lorenz算法和Duffing算法融合为一种新六维混沌算法，具体形式为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=a(y-x)+\mathrm{dzu}-q\\ \stackrel{\·}{y}=\mathrm{cx}-\mathrm{xz}-y\\ \stackrel{\·}{z}=\mathrm{xy}-\mathrm{bz}\\ \stackrel{\·}{u}=v\\ \stackrel{\·}{v}=-\mathrm{ev}-u^3+f\cos \left(q\right)\\ \stackrel{\·}{q}=\mathrm{wgx}\end{array}\right.$

式中：a、b、c、d、e、f、g是实常数，取余弦函数cos(wt)的频率为w，时间为t，用变量q替换wt，余弦函数变换成cos(q)；当选取特定的参数值a、b、c、d、e、f、g时，系统用对应的Duffing-Lorenz电路中x、y、z、u、v五个变量输出混沌形状的电压波形；当加入频率为同频率w的微弱正弦波电信号后，其具体形式变为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=a(y-x)+\mathrm{dzu}-q\\ \stackrel{\·}{y}=\mathrm{cx}-\mathrm{xz}-y\\ \stackrel{\·}{z}=\mathrm{xy}-\mathrm{bz}\\ \stackrel{\·}{u}=v\\ \stackrel{\·}{v}=-\mathrm{ev}-u^3+f\cos \left(q\right)+k\sin \left(q\right)\\ \stackrel{\·}{q}=\mathrm{wgx}\end{array}\right.$

调节系统的各个参数可以使系统在加入余弦信号相同频率的幅值k大于10^-6伏电压的微弱正弦波电信号后，对应的Duffing-Lorenz电路x、y、z、u、v五个变量输出电压从混沌波形转变为大周期波形。

c、信号源在某一时刻发射出的微弱正弦信号与信号接收器连接的Duffing-Lorenz电路中余弦信号频率相同，微弱正弦信号通过空气或水或固体等介质，经过不同的时间，分别到达三个信号接收器；

d、三个信号接收器接收到该微弱正弦信号后经过各自的自相关器进行信号去噪处理，将处理后的微弱正弦信号作为输入信号引入各自连接的Duffing-Lorenz电路；

e、三个Duffing-Lorenz电路各自的编号为x、y、z、u、v的5个变量输出的电压波形从混沌波形变向大周期波形，选择其中一个用于检测的变量的输出电压波形，利用检测器分别记录三个Duffing-Lorenz电路中所选的每一个用于检测的变量输出电压波形转变的时刻t₁、t₂、t₃；

f、将t₁、t₂、t₃输入到计算机中，三个信号接收器的位置已知，时间t₁、t₂、t₃已知，利用记录的三个时间t₁、t₂、t₃和已知发射的频率速度、三个信号接收器的位置，可计算出第四个点的位置，第四个点即发射微弱正弦信号源的位置，从而完成对信号源的定位。

Claims (2)

1.一种基于Duffing-Lorenz混沌系统的信号源定位方法，包括三个相同的信号接收器，其特征在于，所述定位方法步骤如下：

a、三个信号接收器安装在不同的位置建立一组接收基站；每个信号接收器由同样的自相关器和Duffing-Lorenz电路构成，三个信号接收器的位置信息记录在计算机中；

b、在接收微弱正弦波信号前，根据Duffing-Lorenz公式的输出变量x、y、z、u、v与自变量t的关系，选择每个电路中代表x、y、z、u、v变量输出的5个点作为测试点，调节每个Duffing-Lorenz电路，使5个输出点输出的x、y、z、u、v变量的电压波形为混沌波形；

c、信号源在某一时刻发射出的微弱正弦信号与信号接收器连接的Duffing-Lorenz电路中余弦信号频率相同，该微弱正弦信号经过不同时间延迟分别到达三个信号接收器；

d、三个信号接收器接收到该微弱正弦信号后经过各自的自相关器进行信号去噪处理，将处理后的微弱正弦信号作为输入信号引入各自连接的Duffing-Lorenz电路；

e、三个Duffing-Lorenz电路各自的编号为x、y、z、u、v的5个变量输出的电压波形从混沌波形变向大周期波形，选择其中一个用于检测的变量的输出电压波形，利用检测器分别记录三个Duffing-Lorenz电路中所选的每一个用于检测的变量输出电压波形转变的时刻t₁、t₂、t₃；

f、将t₁、t₂、t₃输入到计算机中，三个信号接收器的位置已知，时间t₁、t₂、t₃已知，利用记录的三个时间t₁、t₂、t₃和已知发射的频率速度、三个信号接收器的位置，可计算出第四个点的位置，第四个点即发射微弱正弦信号源的位置，从而完成对信号源的定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于Duffing-Lorenz混沌系统的信号源定位方法，其特征在于：步骤b中，将Lorenz算法和Duffing算法融合为一种新六维混沌算法，具体形式为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{.}{x}=a(y-x)+\mathrm{dzu}-q\\ \stackrel{.}{y}=\mathrm{cx}-\mathrm{xz}-y\\ \stackrel{.}{z}=\mathrm{xy}-\mathrm{bz}\\ \stackrel{.}{u=v}\\ \stackrel{.}{v}=-\mathrm{ev}-u^3+f\cos \left(q\right)\\ \stackrel{.}{q}=\mathrm{wgx}\end{array}\right.$

式中：a、b、c、d、e、f、g是实常数，取余弦函数cos(wt)的频率为w，时间为t，用变量q替换wt，余弦函数变换成cos(q)；当选取特定的参数值a、b、c、d、e、f、g时，系统用对应的Duffing-Lorenz电路中x、y、z、u、v五个变量输出混沌形状的电压波形；当加入频率为同频率w的微弱正弦波电信号后，其具体形式变为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{.}{x}=a(y-x)+\mathrm{dzu}-q\\ \stackrel{.}{y}=\mathrm{cx}-\mathrm{xz}-y\\ \stackrel{.}{z}=\mathrm{xy}-\mathrm{bz}\\ \stackrel{.}{u=v}\\ \stackrel{.}{v}=-\mathrm{ev}-u^3+f\cos \left(q\right)+k\sin \left(q\right)\\ \stackrel{.}{q}=\mathrm{wgx}\end{array}\right.$

调节系统的各个参数可以使系统在加入余弦信号相同频率的幅值k大于10^-6伏电压的微弱正弦波电信号后，对应的Duffing-Lorenz电路x、y、z、u、v五个变量输出电压从混沌波形转变为大周期波形。