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陶瓷压机哈尔滨理工大学
工程硕士论文开题报告
系、部自动化学院
学科、专业控制工程
导师高俊山
年级2010级
论文题目利用混沌控制机理的微弱周期
开题报告日期2011年5月
捞泥研究生部
研究生部
说明
一、开题来源应包括下列主要内容：
1、课题来源及研究的目的和意义；
2、国内外在该方向的研究现状及分析（文献综述）；
3、主要研究内容；
4、研究方案及进度安排，预期达到的目标；
5、预计研究过程中可能遇到的困难和问题以及解决的措施；
6、主要参考文献（应在30篇以上，其中外文资料不少于三分之一，参考文献中近
五年内发表的文献一般不少于三分之一，且必须有近二年内发表的文献资料）。
二、开题报告字数应不少于5000字
三、开题报告时间最迟应于第三学期结束前完成
四、若本次课题的开题报告未通过，需在一个月内再次进行开题报告。第二次学位论文
开题报告仍未通过者，不能继续进行学位论文工作。
五、开题报告结束后，评议小组要填写《硕士学位论文开题报告评议结果》报院研究生
教学秘书备案。
六、此表不够填写时，可另加附页。
水力分级机1.课题来源及研究的目的及意义
微弱信号检测技术是一门新兴的技术学科，它运用近年来迅速发展起来的电子学、信息论和物理学方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号和噪声的统计特性及其差别，采用一系列信号处理方法，达到检测被背景噪声覆盖的微弱信号的目的。其宗旨是研究如何从强噪声中提取有用信号，其任务是研究新理论，探索新方法，研制新设备，从而在各学科领域中获得广泛应用。研究噪声中微弱信 号检测的原理及方法，是测量技术中的综合技术和尖端领域。运用这种技术可以测量到传统观念认为不能测量的微弱量，使微弱信号测量精度得到很大的提高。因此，它是发展高新技术、探索及发现新的自然规律的重要测量手段，对推动科技和生产发展均有重要应用价值。
随着微弱信号检测方法在物理、化学、生物医学、地质、磁学等各领域中的广泛应用，一些具有普遍应用价值的方法，已逐渐制成一系列微弱信号检测仪器，并商品化生产。古典的检测微弱信号的压缩带宽法在抑制噪声的同时有用信号也基本丧失，是一种两败俱伤的方法；相关法输出的信号只是代表微弱信号的幅值和相位信息的直流电压，波形无法恢复；信号转换法的相关运算不能保证输入波形的唯一性。并且在环境噪声较强烈的情况下，由于信噪比过低，利用传统线性滤波的方法一般会失败。所以一项迫切的任务是寻新的检测方法。纵观信号检测与估计发展的历史我们发现其处理方法在频域和时域并行发展。近年来发现，在频域内检测信号有一定的条件限制，如在噪声中检测微弱信号时，需要对噪声的分布做一些假设，设定噪声是白噪声还是噪声。而在实际系统中，混杂在待检信号中的噪声多种多样，使有些算法应用起来比较困难。而在时域，不需要对噪声的分布做假设，处理方法简便，易于硬件实现。就时域方法而言，随着近10多年来混沌理论的应用研究逐渐深入医学、生态学、保密通信、电子对抗领域，已经有不少学者把混沌理论成功地应用于微弱信号检测。
在复杂环境噪声干扰情况下，低信噪比信号的处理是当前信号处理研究的热点，也是一大难题。微弱信号由于其幅值极小，测量时又受传感器和测量仪器本地噪声的限制，表现出的总体效果都是有用的
被测信号被多种强信号所湮没，从而很难测出，故而需要一种办法，既能将强噪声背景下的弱信号提取出来，同时也能将噪声信号抑制下去。因此本文的目的，就是将混沌理论与微弱信号检测理论相结合，从噪声中提取微弱周期信号，并测量其参数。本文提出一种基于Duffing方程建模来检测微弱信号的方法，并初步分析将此法与相关检测相结合共同用于微弱信号检测。
混沌理论应用于信息处理是现阶段混沌学发展的主要趋势。混沌系统对小信号极强的敏感性以及对噪声的强免疫能力，使它在微弱信号检测中有着十分广阔的前景。基于混沌的信号检测可分为三类：一是检测混沌信号，即从噪声背景中提取混沌，现在已经建立起来一些比较好的方法，比如基于相关维、最大李雅普诺夫指数法，LID法，重嵌入法，小波方法等等。二是抑制混沌中的噪声，即混沌和噪声分离问题。混沌虽然是确定的，但在表面上与噪声无多大区别，传统的去噪滤波方法是不能分离混沌信号的，所以抑制混沌中的噪声必须采用新的技术，如方法、Williams方法、方法、方法等等，比较成功地解决了混沌和噪声的分离问题。三是检测有用信号，即利用混沌的特性对有用信号进行提取或者检测混沌和噪声背景下的有用信号，这方面比较成功的方法是基于混沌振子相变的方法和基于神经网络的方法，这些方法只是解决了一部分微弱信号（此类信号通常限定了许多条件）检测的问题，而对于任意的微弱信号来说，现在还不存在一套系统的、完整的理论和方法能够将其检测出来。
研究混沌理论在微弱信号检测方面的方法和实践，具有划时代的意义，它开辟了混沌理论新的应用领域，尝试将科学理论和工程应用进行有效的结合，这不仅为混沌理论的发展提供了一个新的研究方向
艾盒和分支，同时也为工程实践提供了一个新的理论基础和支持[1]
2.国内外在该方向的研究现状及分析（文献综述）：
混沌理论国内外研究现状
混沌是在确定的系统中出现的一种貌似无规则、类似随机的现象，在非线性动力学系统中属于一种特有的运动形式。混沌学是近几十年发展起来的一门十分活跃的前沿学科，它是非线性科学的一个重要分支，与量子物理和相对论一起被称为二十世纪三项重要科学发现[2]。如果说“相对论消除了关于绝对空间与时间的幻想，量子力学消除了关于可控测量过程的牛顿式的梦。”那么“混沌就是消除了拉普拉斯关于决定论式可预测性的幻想。”1963年，美国气象学家的“蝴蝶效应”问世以来，混沌的研究得到了广泛的关注。混沌系统对初始条件和混沌参数的微小变化非常的敏感，是一种高度复杂的非线性动态系统，正是混沌运动的这些奇异特性，在很长的一段时间内，人们的头脑中形成了这样一种错误的观念，即混沌是不可控制的、不可靠的，同样重构完全相同的混沌系统也是不切实际的。直到1988年，发表了控制混沌的第一篇文章[3]，开创了研究混沌控制的先驱。中国学者郝柏林、郑伟谋在莫斯科国立大学将符号动力学应用于混沌研究的基础上，开始将符号动力学从一维系统推广到二维系统的研究[4]。
近年来，混沌理论的应用得到了迅速发展，在许多方面都取得了一定的成果。如通信技术方面，混沌
信号的类随机性以及产生方式简单等特点，使其在保密通信方面显示出得天独厚的优越性。混沌遮掩利用混沌波作为载波，对信号源进行加密和混沌同步实现掩盖通信，但是这种方法要求混沌信号的带宽要能够掩盖信息信号，如果不能满足这个条件，被加密的信息信号很容易通过线性滤波被提取出来。混沌理论在医学方面也得到应用，现有研究表明[5-9]，心动周期信号具有混沌特征，研究发现[10-12]对估计某些疾病的严重性来说，混沌特征参数是现有的功率谱参数更敏感的指标。国内外将混沌理论用于医学研究的报导主要限于脑电、心电方面的研究[13-17]，以及在心脑血管学流动力学方面的应用[18]。我国学者近年的一些在医学上研究成果指出人们大脑处于积极状况时，脑电图的波形是混沌的，当人们睡眠或不思考问题时，脑电图显示周期性波形，由此进一步研究可以构成了神经元动作的模型。在模式识别方面，可利用混沌轨迹对初始条件的敏感依赖性这一特点，通过混沌动力学系统构成模式识别系统。在图象数据压缩方面，把复杂的模式作为简单的混沌动力学系统的吸引子再现出来。把复杂的图象数据用一组能产生混沌吸引子的简单动力学方程代替。此时只需要记忆存贮这组动力学方程组的参数，相对于原始图象数据，数据量大大地减少了，从而实现了图象数据压缩。近年来关于混沌应用的报道大量涌现表明人们已从单纯研究混沌现象转向开发和驾驭混沌的种种特性以解决一些实际工程技术问题。
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微弱信号检测技术国内外研究现状
螺母信号检测是人们获取信息的一个重要手段。目前有一些检测对象是用常规方法和传统方法不能检测到
的微弱量，如弱光、弱声、微电流等。随着科学技术的发展，对微弱信号进行检测的需要日益迫切，是发展高新技术、探索及发现新的自然规律的重要手段，对推动相关领域的发展具有重要意义。
从强噪声背景中提取微弱有效信号是近代信息理论的一个重要内容。微弱信号检测共分经典检测与估计理论时期和现代检测与估计理论时期这两个阶段。近年来已有人利用信息率失真理论研究非线性估计问题，同时在用检测与估计理论发展Shanna信息论方面也作了一些尝试[19-20]。
20世纪90年代前后，国内外为数不多的学者从事一种新的检测技术工作，即利用非线性科学中的混沌理论检测强噪声背景的微弱有效信号，并已取得了一系列重要进展。国外，1992年Birx[21]运用混沌理论与微弱信号检测理论相结合的方法，从噪声中提取微弱正弦信号，但只显示了一些实验结果，在原理上并未深入探讨。1993年等人用双稳单Duffing振子来研究高频随机共振[22]。1995年Haykin利用人
