本發(fā)明涉及噪聲處理技術(shù)，尤其涉及一種基于廣義類洛倫茲系統(tǒng)的噪聲主動(dòng)控制方法。
背景技術(shù)：
：艦船聲隱身一直是海洋軍事領(lǐng)域最為關(guān)注的問題，艦船輻射噪聲是敵方探測(cè)目標(biāo)的主要觀測(cè)手段，該噪聲主要來源于機(jī)械噪聲、推進(jìn)系統(tǒng)噪聲和水動(dòng)力噪聲等。艦船輻射噪聲主要是低頻噪聲，低頻噪聲波長(zhǎng)較長(zhǎng)，起初采用浮筏、撓性軟管、消聲器、泵噴推進(jìn)、電力推進(jìn)、氣幕降噪、消聲瓦等被動(dòng)控制方法進(jìn)行減振降噪，針對(duì)低頻噪聲采用被動(dòng)噪聲控制存在明顯不足，20世紀(jì)30年代主動(dòng)噪聲控制方法的提出解決了這一問題。大量研究開始將主動(dòng)噪聲控制方法應(yīng)用到艦船的聲隱身，各種主動(dòng)吸振技術(shù)及隔振技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。艦船輻射噪聲是典型的非線性非平穩(wěn)的隨機(jī)信號(hào),因此很多傳統(tǒng)的分析方法在處理此類信號(hào)的時(shí)候都將受到很大的局限。隨著混沌動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)艦船輻射噪聲具有混沌現(xiàn)象，因此人們開始利用混沌分析方法對(duì)艦船輻射噪聲問題進(jìn)行研究。目前已有研究將混沌動(dòng)力學(xué)方法用于分析艦船噪聲問題，如采用混沌振子理論檢測(cè)出低信噪比艦船信號(hào)；在非線性局部投影濾波基礎(chǔ)上進(jìn)行相空間重構(gòu)，驗(yàn)證可以通過自然測(cè)度、關(guān)聯(lián)維數(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別；通過提取關(guān)聯(lián)維數(shù)這一混沌特性實(shí)現(xiàn)艦船目標(biāo)識(shí)別。然而，目前針對(duì)艦船輻射噪聲信號(hào)的聲能量抑制技術(shù)尚不成熟，現(xiàn)有技術(shù)的抑制效果較差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于廣義類洛倫茲系統(tǒng)的噪聲主動(dòng)控制方法，以至少解決現(xiàn)有針對(duì)艦船輻射噪聲信號(hào)的聲能量抑制技術(shù)尚不成熟、抑制效果較差的問題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于廣義類洛倫茲系統(tǒng)的噪聲主動(dòng)控制方法，該基于廣義類洛倫茲系統(tǒng)的噪聲主動(dòng)控制方法包括：步驟一、利用第一方程組給出速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的展開及不可壓縮條件，其中，所述第一方程組為：其中，u＝u(x,y,z)表示流體速度場(chǎng)，x表示速度模，y表示溫度模，z表示溫度梯度模，溫度場(chǎng)由t＝t(x,y,z)表示；ε為熱膨脹系數(shù)，g為重力加速度，ρ為流體密度，p為流體壓力場(chǎng)，ν為流體粘性系數(shù)，k為流體的熱傳導(dǎo)系數(shù)；步驟二、通過引入標(biāo)量方程ψ(x,z,t)以及將流體的溫度場(chǎng)t＝t(x,y,z)轉(zhuǎn)換為θ(x,z,t)，來獲得第二方程組，ψ(x,z,t)的梯度為流體速度場(chǎng)；其中，所述第二方程組為：步驟三、將ψ(x,z,t)和θ(x,z,t)的傅里葉展開形式分別表示為公式一和公式二，以獲得第三方程組，其中，公式一為公式二為x(t)、y(t)和z(t)是時(shí)間t的函數(shù)，c1、c2、a和b為傅里葉積分常數(shù)，a＝π/l，b＝π/h，l是x方向的寬度，h是z方向的高度；第三方程組為：步驟四、采用邊界條件cos(2a2z)＝cos(π)＝-1，并且令ν(a12+a22)＝σ，k(a12+a22)＝1，c1a1a2＝1，4ka22＝b，以獲得第四方程組；其中，所述第四方程組為一階常微分方程組，其表達(dá)式為：其中，σ為普朗特?cái)?shù)，r為瑞利數(shù)，b為與容器大小形狀有關(guān)的參量；步驟五、采用所述第四方程組表示水下自身的混沌系統(tǒng)；步驟六、通過在所述第四方程組中添加幅值為a、頻率為f的三角函數(shù)噪聲信號(hào)來獲得第五方程組，以表示含噪混沌系統(tǒng)；其中，所述第五方程組為：步驟七、設(shè)定σ＝10,b＝8/3,r＝25，并對(duì)x、y和z進(jìn)行初始化，時(shí)間步長(zhǎng)為0.5；步驟八、采用相空間重構(gòu)、分岔和李雅普諾夫指數(shù)方法，對(duì)所述含噪混沌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌控制。進(jìn)一步地，所述噪聲主動(dòng)控制方法還包括：在所述含噪混沌系統(tǒng)中添加時(shí)間延遲反饋模塊，以獲得增加時(shí)滯反饋后的混沌系統(tǒng)；其中，所述時(shí)間延遲反饋模塊的表達(dá)式為f(t)＝-k[u(t-τ)-u(t)]，τ＞0表示時(shí)滯，k是可調(diào)節(jié)反饋增益向量；所述增加時(shí)滯反饋后的混沌系統(tǒng)為：進(jìn)一步地，所述噪聲主動(dòng)控制方法還包括：在所述增加時(shí)滯反饋后的混沌系統(tǒng)中添加幅值為a1、頻率為f1的第一預(yù)設(shè)外激勵(lì)，以獲得時(shí)滯反饋與單外激勵(lì)混沌系統(tǒng)；所述時(shí)滯反饋與單外激勵(lì)混沌系統(tǒng)為：進(jìn)一步地，所述噪聲主動(dòng)控制方法還包括：在所述增加時(shí)滯反饋后的混沌系統(tǒng)中添加第一預(yù)設(shè)外激勵(lì)和第二預(yù)設(shè)外激勵(lì)，以獲得時(shí)滯反饋與多外激勵(lì)混沌系統(tǒng)，所述第一預(yù)設(shè)外激勵(lì)的幅值為a1、頻率為f1，而所述第二預(yù)設(shè)外激勵(lì)的幅值為a2、頻率為f2；所述時(shí)滯反饋與多外激勵(lì)混沌系統(tǒng)為：本發(fā)明的基于廣義類洛倫茲系統(tǒng)的噪聲主動(dòng)控制方法，主要針對(duì)艦船輻射噪聲信號(hào)的聲能量抑制，是基于洛倫茲系統(tǒng)添加延遲的主動(dòng)噪聲控制的形式，采用相圖、分岔圖和李雅普諾夫指數(shù)圖，給出聲波經(jīng)混沌系統(tǒng)后不同參數(shù)的規(guī)律及變化曲線。探討不同外激勵(lì)情況下系統(tǒng)的混沌特性變化規(guī)律，并且主要通過頻譜圖分析其能量變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)聲波能量的控制，以達(dá)到噪聲控制并對(duì)艦船隱身提供了新的理論支持和技術(shù)參考。在本發(fā)明的噪聲主動(dòng)控制方法中，針對(duì)艦船輻射噪聲聲波能量的抑制問題，采用經(jīng)典洛倫茲系統(tǒng)并在此系統(tǒng)上添加時(shí)滯反饋控制量和外激勵(lì)(聲源acousticsource)，運(yùn)用混沌動(dòng)力學(xué)的判斷方法對(duì)噪聲控制效果進(jìn)行了研究。對(duì)變形后的廣義類洛倫茲系統(tǒng)，利用matlab編程觀測(cè)了其輸出的動(dòng)力學(xué)特性，包括相軌跡圖、分岔圖和李雅普諾夫指數(shù)圖，給出了系統(tǒng)輸出處于周期運(yùn)動(dòng)、擬周期運(yùn)動(dòng)或混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的外激勵(lì)幅值參數(shù)、頻率參數(shù)及相應(yīng)的參數(shù)范圍，利用頻譜曲線給出施加主動(dòng)聲源前后固定頻率下的噪聲源能量值及能量變化值，明確了不同聲源作用下噪聲的抑制效果。研究表明：添加低頻段外激勵(lì)時(shí)噪聲抑制效果最好，同時(shí)添加幅值為3頻率為400hz及幅值為10頻率為350hz外激勵(lì)時(shí)噪聲降低量的值最大，對(duì)艦船輻射多個(gè)不同頻率的外加信號(hào)及反饋控制模塊可以共同實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的頻譜搬移，達(dá)到噪聲抑制的效果。因此，本發(fā)明的上述基于廣義類洛倫茲系統(tǒng)的噪聲主動(dòng)控制方法，其利用主動(dòng)噪聲控制方法能更好的控制低頻噪聲，艦船輻射噪聲具有混沌現(xiàn)象，將混沌動(dòng)力學(xué)方法用于分析艦船噪聲問題具有研究意義。通過以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些以及其他優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。附圖說明本發(fā)明可以通過參考下文中結(jié)合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標(biāo)記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細(xì)說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分，而且用來進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和解釋本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中：圖1是示意性地示出本發(fā)明的基于廣義類洛倫茲系統(tǒng)的噪聲主動(dòng)控制方法的一個(gè)示例性處理的流程圖；圖2是不同幅值a下含噪聲洛倫茲系統(tǒng)的分岔圖；圖3a-3h是系統(tǒng)輸出的相軌跡圖和李雅普諾夫指數(shù)圖；圖4是不同時(shí)延τ下時(shí)滯系統(tǒng)的分岔圖；圖5a-5h是廣義類洛倫茲系統(tǒng)的相軌跡圖和李雅普諾夫指數(shù)圖；圖6a-6d是不同f1時(shí)滯系統(tǒng)的頻譜圖；以及圖7a-7d是不同a1時(shí)滯系統(tǒng)的頻譜圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，附圖中的元件僅僅是為了簡(jiǎn)單和清楚起見而示出的，而且不一定是按比例繪制的。例如，附圖中某些元件的尺寸可能相對(duì)于其他元件放大了，以便有助于提高對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解。具體實(shí)施方式在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)得益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。圖1給出了本發(fā)明的基于廣義類洛倫茲系統(tǒng)的噪聲主動(dòng)控制方法的一個(gè)處理示例。如圖1所示，該方法開始后，首先執(zhí)行步驟一。在步驟一中，利用第一方程組給出速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的展開及不可壓縮條件，其中，第一方程組為：其中，u＝u(x,y,z)表示流體速度場(chǎng)，x表示速度模，y表示溫度模，z表示溫度梯度模，溫度場(chǎng)由t＝t(x,y,z)表示；ε為熱膨脹系數(shù)，g為重力加速度，ρ為流體密度，p為流體壓力場(chǎng)，ν為流體粘性系數(shù)，k為流體的熱傳導(dǎo)系數(shù)。然后，執(zhí)行步驟二。在步驟二中，通過引入標(biāo)量方程ψ(x,z,t)以及將流體的溫度場(chǎng)t＝t(x,y,z)轉(zhuǎn)換為θ(x,z,t)，來獲得第二方程組，ψ(x,z,t)的梯度為流體速度場(chǎng)；其中，第二方程組為：接著，在步驟三中，將ψ(x,z,t)和θ(x,z,t)的傅里葉展開形式分別表示為公式一和公式二，以獲得第三方程組，其中，公式一為公式二為x(t)、y(t)和z(t)是時(shí)間t的函數(shù)，c1、c2、a和b為傅里葉積分常數(shù)，a＝π/l，b＝π/h，l是x方向的寬度，h是z方向的高度；第三方程組為：然后，在步驟四中，采用邊界條件cos(2a2z)＝cos(π)＝-1，并且令ν(a12+a22)＝σ，k(a12+a22)＝1，c1a1a2＝1，4ka22＝b，以獲得第四方程組；其中，第四方程組為一階常微分方程組，其表達(dá)式為：其中，σ為普朗特?cái)?shù)，r為瑞利數(shù)，b為與容器大小形狀有關(guān)的參量。接著，在步驟五中，采用第四方程組表示水下自身的混沌系統(tǒng)。這樣，在步驟六中，通過在第四方程組中添加幅值為a、頻率為f的三角函數(shù)噪聲信號(hào)來獲得第五方程組，以表示含噪混沌系統(tǒng)；其中，第五方程組為：然后，在步驟七中，設(shè)定σ＝10,b＝8/3,r＝25，并對(duì)x、y和z進(jìn)行初始化，時(shí)間步長(zhǎng)為0.5。這樣，在步驟八中，通過添加反饋控制與外激勵(lì)來實(shí)現(xiàn)相空間重構(gòu)，對(duì)含噪混沌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌控制，并利用分岔和李雅普諾夫指數(shù)方法進(jìn)行定性、定量分析。其中，相空間重構(gòu)是非線性時(shí)間序列分析、處理的基礎(chǔ)，通常測(cè)得的時(shí)間序列都是標(biāo)量時(shí)間序列,不能呈現(xiàn)出動(dòng)力系統(tǒng)的多維相空間。因此需要展開這個(gè)多維結(jié)構(gòu),構(gòu)造一個(gè)和原動(dòng)力系統(tǒng)等價(jià)的輔助相空間，這種方法為相空間重構(gòu)。takens嵌入定理指出,任意m維的超平面,可被微分同胚地、光滑地嵌入到等價(jià)的對(duì)應(yīng)維數(shù)空間中，重構(gòu)系統(tǒng)相空間只需考慮一個(gè)分量，通過某些固定的延時(shí)點(diǎn)上的觀測(cè)值找到新的向量序列。takens嵌入定理對(duì)應(yīng)的重構(gòu)相空間的方法是延時(shí)嵌入重構(gòu)法,關(guān)鍵是找到合適的τ，對(duì)標(biāo)量測(cè)量值延時(shí)后形成嵌入空間中的矢量,重構(gòu)形成新空間。分岔是非線性系統(tǒng)的一種典型現(xiàn)象，系統(tǒng)參數(shù)量的變化導(dǎo)致像平衡點(diǎn)的個(gè)數(shù)和穩(wěn)定性這樣一些系統(tǒng)性能的質(zhì)的變化。失穩(wěn)是分岔發(fā)生的物理前提，其本質(zhì)是參數(shù)變化導(dǎo)致的系統(tǒng)雅可比矩陣特征值的雙曲性被破壞，從而引起了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的變化。倍周期分岔、準(zhǔn)周期分岔和陣發(fā)性通向混沌是系統(tǒng)通向混沌的三種主要方式，因此，分岔特性可以用于判斷系統(tǒng)所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此外，李雅普諾夫指數(shù)圖可以定量的指出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，李雅普諾夫指數(shù)用于刻畫存在微小擾動(dòng)或初值條件微小差異的條件下，系統(tǒng)相鄰軌道的發(fā)散情況。當(dāng)李雅普諾夫指數(shù)為正，即λ＞0時(shí)，相鄰軌道逐漸分離，系統(tǒng)不穩(wěn)定，從而表示系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)；當(dāng)李雅普諾夫指數(shù)為負(fù)，即λ＜0時(shí)，表示軌道局部收縮，系統(tǒng)是穩(wěn)定的，對(duì)應(yīng)于周期運(yùn)動(dòng)；當(dāng)李雅普諾夫指數(shù)為0，表示系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)處于周期與混沌運(yùn)動(dòng)的臨界狀態(tài)。根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，噪聲主動(dòng)控制方法還可以包括：在含噪混沌系統(tǒng)中添加時(shí)間延遲反饋模塊，以獲得增加時(shí)滯反饋后的混沌系統(tǒng)；其中，時(shí)間延遲反饋模塊的表達(dá)式為f(t)＝-k[u(t-τ)-u(t)]，τ＞0表示時(shí)滯，k是可調(diào)節(jié)反饋增益向量；增加時(shí)滯反饋后的混沌系統(tǒng)為：根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，噪聲主動(dòng)控制方法還可以包括：在增加時(shí)滯反饋后的混沌系統(tǒng)中添加幅值為a1、頻率為f1的第一預(yù)設(shè)外激勵(lì)，以獲得時(shí)滯反饋與單外激勵(lì)混沌系統(tǒng)；時(shí)滯反饋與單外激勵(lì)混沌系統(tǒng)為：根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，噪聲主動(dòng)控制方法還可以包括：在增加時(shí)滯反饋后的混沌系統(tǒng)中添加第一預(yù)設(shè)外激勵(lì)和第二預(yù)設(shè)外激勵(lì)，以獲得時(shí)滯反饋與多外激勵(lì)混沌系統(tǒng)，第一預(yù)設(shè)外激勵(lì)的幅值為a1、頻率為f1，而第二預(yù)設(shè)外激勵(lì)的幅值為a2、頻率為f2；時(shí)滯反饋與多外激勵(lì)混沌系統(tǒng)為：優(yōu)選實(shí)施例線譜作用下的動(dòng)力學(xué)特性研究本實(shí)施例將第四方程組作為水下自身的混沌系統(tǒng)。潛艇輻射噪聲聲源級(jí)的頻譜是由寬帶連續(xù)譜和單頻線譜疊加而成的混合譜，連續(xù)譜反映噪聲信號(hào)中隨機(jī)噪聲部分的能力分布，大量的測(cè)量分析表明，連續(xù)譜有一峰值，其譜峰頻率的上限因艦船的類型而異，但都在200hz-400hz之間，其占有輻射噪聲的絕大部分能量，當(dāng)超過這一頻率上限時(shí)，呈衰減趨勢(shì)，每倍頻程衰減大約6db。單頻線譜反映噪聲信號(hào)中的周期性成分，集中在1khz以下頻段，主要由反復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械噪聲、螺旋槳葉片共振線譜和葉片速度線譜以及水動(dòng)力引起的共振產(chǎn)生。潛艇在低速航行時(shí)，機(jī)械噪聲為主要噪聲源，在高速航行時(shí)，螺旋槳噪聲是其主要噪聲源，螺旋槳空泡噪聲往往是潛艇噪聲高頻段的主要成分，綜上所述，潛艇輻射噪聲頻率范圍約為100hz-1khz，同時(shí)取決于潛艇的航行速度、下潛深度、和潛艇的種類[15]。本實(shí)施例添加一個(gè)三角函數(shù)作為噪聲信號(hào)進(jìn)行研究。添加幅值為a，頻率為f的三角函數(shù)噪聲后系統(tǒng)形式如第五方程組所示。通過分岔圖可以大致了解系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)變化趨勢(shì)及范圍，添加噪聲后系統(tǒng)分岔圖如圖2所示，基本參數(shù)分別設(shè)定為σ＝10,b＝8/3,r＝25，初始條件設(shè)置為y0＝(0.01,0.01,0.01)(即x、y和z的初值均為0.01)，時(shí)間步長(zhǎng)為0.5。在圖2中，橫坐標(biāo)為a，縱坐標(biāo)xmax表示x最大值。由分岔圖2可知，系統(tǒng)處于周期到混沌再到周期的不斷交替的過程，當(dāng)參數(shù)a處于250附近時(shí)系統(tǒng)處于一周期狀態(tài)，然后進(jìn)入混沌狀態(tài)，當(dāng)振幅處于300左右時(shí)系統(tǒng)開始出現(xiàn)明顯分岔，系統(tǒng)開始再次轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谶\(yùn)動(dòng)，當(dāng)參數(shù)a處于320附近時(shí)分岔再次出現(xiàn)。為了更加直觀的研究系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，本實(shí)施例給出四個(gè)特定幅值下的相軌跡圖和李雅普諾夫指數(shù)圖。仿真過程選取輻射噪聲幅值分別為250、298、320和332時(shí)，相應(yīng)的相軌跡圖和最大李雅普諾夫指數(shù)圖如圖3a-圖3h所示。由相軌跡圖3a-3h可知，由圖3a可以明顯看出幅值為250時(shí)系統(tǒng)處于一周期狀態(tài)，圖3b中最大李雅普諾夫指數(shù)小于零也說明系統(tǒng)處于周期狀態(tài)；圖3c幅值為298時(shí)系統(tǒng)處于周期狀態(tài)或擬周期狀態(tài)，由圖3d中最大李雅普諾夫指數(shù)等于零說明系統(tǒng)處于周期與混沌運(yùn)動(dòng)的臨界狀態(tài)；由圖3e可以明顯看出幅值為320時(shí)系統(tǒng)處于三周期狀態(tài)，圖3f中最大李雅普諾夫指數(shù)小于零也說明系統(tǒng)處于周期狀態(tài)；由圖3g可以明顯看出幅值為332時(shí)系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)，圖3h中最大李雅普諾夫指數(shù)大于零也說明系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)。通過相圖與李雅普諾夫指數(shù)圖驗(yàn)證了系統(tǒng)的狀態(tài)變化與分岔圖相符。延遲作用下的系統(tǒng)輸出動(dòng)力學(xué)特性分析采用主動(dòng)噪聲控制的方法進(jìn)行噪聲控制，首先在含噪混沌系統(tǒng)中添加時(shí)間延遲反饋模塊，采用系統(tǒng)狀態(tài)時(shí)滯反饋可以改變系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，使系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)行為，包括周期運(yùn)動(dòng)、擬周期運(yùn)動(dòng)、混沌運(yùn)動(dòng)等。利用時(shí)滯反饋不僅可以控制混沌系統(tǒng)到周期運(yùn)動(dòng)，也可以反控制系統(tǒng)使之產(chǎn)生更加復(fù)雜的混沌運(yùn)動(dòng)。本文選擇添加一個(gè)負(fù)反饋，表現(xiàn)形式為：f(t)＝-k[u(t-τ)-u(t)]。其中τ＞0表示時(shí)滯，k是可調(diào)節(jié)反饋增益向量，增加時(shí)滯反饋后新系統(tǒng)為：通過分岔圖觀察增加時(shí)滯反饋后系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化情況，做分岔圖時(shí)基本參數(shù)分別設(shè)定為σ＝10,b＝8/3,r＝25，初始條件設(shè)置為y0＝(0.01,0.01,0.01,0.01)，時(shí)間步長(zhǎng)為0.5，固定參數(shù)k為5，改變時(shí)滯τ所得分岔圖如圖4所示。由分岔圖4可知，加入控制后系統(tǒng)分岔更加明顯，混沌狀態(tài)得到一定的控制。外激勵(lì)作用下的系統(tǒng)輸出動(dòng)力學(xué)特性為了達(dá)到更好的混沌控制效果，在含有反饋模塊的基礎(chǔ)上再添加適當(dāng)?shù)耐饧?lì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)混沌控制。添加幅值為a1，頻率為f1的外激勵(lì)后得到新系統(tǒng)為：通過時(shí)滯反饋與外激勵(lì)共同實(shí)現(xiàn)混沌控制，進(jìn)行相空間重構(gòu)。下面分別給出水下自身混沌系統(tǒng)、受到幅值為330頻率為1khz的噪聲影響后系統(tǒng)、加入時(shí)延為0.13的時(shí)滯反饋及幅值為1.35頻率為100hz外激勵(lì)后系統(tǒng)和外激勵(lì)頻率轉(zhuǎn)換為400hz時(shí)系統(tǒng)的相軌跡圖與李雅普諾夫指數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5a-圖5h所示。圖5a-圖5h為廣義類洛倫茲系統(tǒng)的相軌跡圖和李雅普諾夫指數(shù)圖。由圖5b、5d、5f和5h的李雅普諾夫指數(shù)曲線可知，每幅圖中最大李雅普諾夫指數(shù)均大于零，有刺客判斷四種狀態(tài)均處于混沌狀態(tài)。圖5a為無噪聲及控制條件下的混沌吸引子；由圖5c看出系統(tǒng)在噪聲影響下混沌狀態(tài)發(fā)生明顯變化，此時(shí)選取噪聲為幅值330，頻率1khz的余弦信號(hào)；圖5e可以看出加入反饋控制并且對(duì)艦船輻射幅值為1.35，頻率為100hz的外激勵(lì)控制信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)混沌狀態(tài)被控制接近水體原始混沌狀態(tài)；圖5g將控制信號(hào)頻率增加到400hz，可以看出此時(shí)混沌狀態(tài)更加接近原始狀態(tài)，大致可以看出混沌控制與圖2到圖4分岔圖表現(xiàn)出的變化情況基本一致。不同頻率外激勵(lì)噪聲控制效果為了驗(yàn)證去噪效果，本實(shí)施例主要給出頻譜圖，通過觀察1hz處聲波能量大小的變化，定量的驗(yàn)證不同外激勵(lì)形式去噪效果。圖6a-6d分別給出參考系統(tǒng)、加入噪聲后系統(tǒng)、加入時(shí)延及幅值為1，頻率為800及頻率為400外激勵(lì)情況下的頻譜圖，抽樣頻率為100hz，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)延參數(shù)選取為0.13。為了探討噪聲控制效果與外激勵(lì)頻率的關(guān)系，表1給出多組不同頻率聲波能量降低量的數(shù)據(jù)。根據(jù)圖6a-6d可知，1hz處對(duì)應(yīng)聲波能量分別為49、53.5、35和30db，結(jié)果明顯指出添加噪聲后聲波能量提高，添加時(shí)延及外激勵(lì)控制量后聲波能量明顯降低，可知這種方法可以對(duì)噪聲進(jìn)行抑制。改變外激勵(lì)頻率使其分別處于低頻段和高頻段，系統(tǒng)與未加控制的含噪系統(tǒng)相比聲波能量的降低量分別由表1、表2給出。表1低頻段不同f1聲波能量變化量f1(hz)800600400200100101δe(db)18.522.523.519.518.51110表2高頻段不同f1聲波能量變化量f1(hz)3k6.5k8k8.5k10k80k800kδe(db)1110.513.510.51013.511.5由表1表2數(shù)據(jù)對(duì)比明顯可得，所加外激勵(lì)處于低頻段時(shí)比高頻段情況下聲波能量降低值大，說明控制頻率應(yīng)在低頻段范圍選取，降噪效果更好。由表1中頻率為10hz與1hz時(shí)的能量降低量可知，當(dāng)頻率過小時(shí)噪聲抑制效果也明顯變差，本實(shí)施例中選取外激勵(lì)頻率為400hz噪聲抑制效果最好。不同幅值外激勵(lì)噪聲控制效果將外激勵(lì)頻率固定在400hz，其他系統(tǒng)參數(shù)不變，抽樣頻率為100hz，時(shí)延參數(shù)選取為0.13，參考系統(tǒng)及加入噪聲后系統(tǒng)的頻譜圖由圖7a-7b給出，圖7c-7d給出兩種具有代表性的幅值為1和2的頻譜圖。多組不同幅值聲波能量降低量的數(shù)據(jù)由表3給出。根據(jù)圖7a-7d可知，1hz處對(duì)應(yīng)聲波能量分別為49、53.5、40和26.6db，結(jié)果指出幅值增加到2時(shí)噪聲抑制效果減弱，但當(dāng)幅值取3時(shí)，聲波能量降低量為26.9db，降噪效果更好。表3不同a1聲波能量變化量a10.511.5233.14δp12.523.51613.526.918.523.5由表3可知，聲波能量降低對(duì)于外激勵(lì)幅值較敏感，幅值的微小變化對(duì)于噪聲抑制效果具有很大影響，由表3中數(shù)據(jù)可以看出幅值取3時(shí)聲波能量降低量最大，此時(shí)噪聲抑制效果最好。多個(gè)外激勵(lì)噪聲控制效果添加兩個(gè)幅值頻率不同的外激勵(lì)，建立新的方程為：改變新增三角函數(shù)外激勵(lì)的幅值及頻率得到聲波能量降低量，具體數(shù)據(jù)由表4、表5給出。表4不同f2聲波能量變化量f28006003503002001001δp13.522.529.525.52619.515.5表5不同a2聲波能量變化量a11.522.534510δp17.519.59.519.52326.539.5由表3、表4可知，在頻率為400hz幅值為3的外激勵(lì)基礎(chǔ)上添加頻率為350hz幅值為10的外激勵(lì)時(shí)聲波能量降低量最大為39.5db，大于26.9db說明兩個(gè)三角函數(shù)共同作用可以達(dá)到更好的效果。為達(dá)到噪聲抑制效果，選取頻率低于噪聲頻率的外激勵(lì)，添加兩個(gè)三角函數(shù)作為外激勵(lì)時(shí)，第二個(gè)三角函數(shù)的頻率接近且低于第一項(xiàng)頻率。通過對(duì)相軌跡圖、分岔圖和最大李雅普諾夫指數(shù)圖分析，可以選取不同外激勵(lì)參數(shù)閾值將系統(tǒng)控制在周期、擬周期和混沌狀態(tài)；通過適當(dāng)形式的外激勵(lì)和時(shí)滯反饋共同控制可以將噪聲影響后的系統(tǒng)混沌狀態(tài)控制到熟悉的混沌狀態(tài)；通過頻譜圖的定量分析也發(fā)現(xiàn)添加時(shí)滯反饋并對(duì)艦船輻射低頻段外激勵(lì)信號(hào)可以使噪聲信號(hào)發(fā)生頻譜搬移，達(dá)到噪聲抑制的效果。添加兩個(gè)不同頻率外激勵(lì)，如a1＝3,f1＝400,a2＝10,f2＝350比添加單一外激勵(lì)噪聲抑制效果好，這對(duì)發(fā)展艦船輻射噪聲去噪問題的解決具有重要的理論和工程意義。盡管根據(jù)有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是受益于上面的描述，本
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的技術(shù)人員明白，在由此描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以設(shè)想其它實(shí)施例。此外，應(yīng)當(dāng)注意，本說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導(dǎo)的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限定本發(fā)明的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權(quán)利要求書的范圍和精神的情況下，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。對(duì)于本發(fā)明的范圍，對(duì)本發(fā)明所做的公開是說明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。當(dāng)前第1頁12