[00150989]微弱信号检测方法与相关混沌理论研究

基于复杂非线性系统的相空间重构理论和混沌信号可短期预测的特征,本项目从相空间参数、混沌系统控制和算法优化等角度,对混沌海杂波背景下的微弱信号检测问题进行了深入研究,提出了多种混沌系统参数计算、同步控制方法,建立了多种微弱信号检测模型,解决了海杂波背景下微弱信号检测的传统统计检测方法因忽视混沌背景的物理特性而存在模型不具有普适性的问题,对提高海岸安全和海面环境监测水平具有重大意义,研究成果进一步应用到提升对海雷达性能、保密通行和信号源研发等方面。 （1）研究基于混沌相空间重构理论的参数计算和海杂波背景下的微弱信号检测方法,利用神经网络、支持向量机和分形等方法,挖掘算法与海杂波特性的关联性,提高检测模型精度。基于复杂非线性系统的相空间重构理论和混沌信号可短期预测特征,利用神经网络和支持向量机构建混沌背景信号的单步预测模型,结合分形理论和混沌同步,提出了从预测误差中检测微弱瞬态和周期信号的新模型。 （2）研究基于混沌相空间重构理论的参数计算和微弱信号检测方法,对模型进行优化,提高检测精度和泛华效果。研究基于混沌相空间重构理论的参数计算和微弱信号检测方法,在LS-SVM单步预测模型的基础上,采用时间窗自相关函数法确定混沌时间序列的相空间重构参数,依据自动嵌入式相空间重构算法的基本思想提出了一种基于BP神经网络和平均位移法（AD法）的改进型嵌入窗算法,分析了积分步长对混沌系统重构参数的影响。利用改进的遗传算法对反向传播神经网络的初始权值阈值进行优化,优化网络结构和参数,系统提出基于混沌理论的海杂波背景下微弱目标信号检测新方法。 （3）基于幅度控制思想,提出了以分段线性函数为非线性核心单元的鲁棒混沌信号源设计方案,研究了只对信号幅度产生作用的调幅参数,设计了分段线性可切换鲁棒混沌系统,应用于微弱信号检测领域。研究了具有幅度控制参数的混沌系统同步方法,给出了广义投影同步、广义同步、反同步等同步控制器,实现了驱动与响应系统的状态变量幅值的同步升降控制和某一特定状态变量的同步倒相控制。 （4）研究了具有幅度控制参数的混沌系统同步方法,给出了基于同步技术的混沌雷达信号模糊函数分析方法,计算海杂波回波数据中的混沌参数,提升雷达监测性能。基于同步的混沌信号半盲分离和半盲反卷积技术,利用信号产生系统信息,降低了信号盲分离的难度。与传统的盲分离和盲反卷积技术相比,基于同步的半盲技术可以在噪声下有更好的鲁棒性,可作为预处理技术应用于弱信号检测。 本项目成果丰富,在《IEEE Trans》、《Nonlinear Dynamics》、《Optical Engineering》、《物理学报》等刊物上共发表论文115篇,其中SCI收录22篇,被SCI引用112篇次,单篇最高他引33次。申请发明专利12项,授权发明专利6项。 项目为海杂波等混沌背景下的微弱目标信号检测提供了新思路,丰富了雷达检测小目标的技术和方法,可有效地提高混沌背景信号的检测精度,扩展了混沌信号的分析应用范围,受到了业内的广泛认可,对提高海岸安全和海面环境监测水平具有重大意义,对微弱信号检测与混沌、模式识别和系统控制等学科交叉融合起到了很好的促进作用。