- 文献综述(或调研报告):
1922年,阿姆斯特朗(Armstrong)提出了一种新的扩增方法,即将再生扩展到其理论极限之外的领域,因此,人们将扩增过程称为“超再生”。自从他的发现以来,该方法经常被应用于中短波的接收,但是由于替代了该方法的其他高级手段,该原理并未得到普遍使用。然而,近年来,随着超短波通信的迅猛发展,超再生技术已经越来越受到人们的欢迎。接收器在该原理上的动作通常非常复杂,尤其是在接收超短波时。典型的超再生接收机主要由接收天线、低噪声放大器、超再生振荡器、包络检波电路、低通滤波器以及熄灭信号产生电路等构成。
超再生接收机优异的超低功耗潜力近年来引起了越来越多的重视,国际上的研究方向主要集中于在降低功耗的同时,进一步提高抗干扰性能和提高传输速率以保证实时性。然而,超再生无线接收机有一种物理现象一直被忽略和误读。阿姆斯特朗首次提出基于电子管的超再生接收机后,发现超再生振荡器在完全起振前的一小段时间内,电流是不规则的。此时,在耳机中可以听到这种启动阶段产生的噪声,该现象一直被认为是由电路元件的噪声(例如,真空管等)产生。阿姆斯特朗在论文中报告了这种奇怪的、不规则的振荡器启动现象。
70 多年过去了,没有科学家意识到阿姆斯特朗发现的其实是一种混沌现象。直到 1996 年,荷兰科学家 Domine 首次对该现象进行了探讨,提出阿姆斯特朗发现的超再生接收机在启动时的电流不规则现象是一种混沌现象,并证明了基于阿姆斯特朗 1922 年提出的超再生接收机提取的二阶偏微分非线性时变方程在特定情况下产生混沌的可能性。阿姆斯特朗在1922年提出的超级再生探测器。在简化模型中,电路中的电流在很小的时间段内表现为混沌,在电路变成了振荡器之后。阿姆斯特朗(Armstrong)并未意识到电路的混乱行为,但报告说该振荡器起伏不正常。通过计算机仿真演示电路的混沌行为, 在出现不规则的期间,电路的放大最大。
接收机噪声的来源主要有内部噪声外部噪声,前者主要有接收机馈线、电阻元器件、混频器 、放大器等产生,后者主要指由天线引入的噪声。不同来源的噪声对接收机的影响也有所不同 ,其中外部噪声对接收机接收信号的干扰存在着时间性、空间性和频率性 ,通过采取一定的抗干扰措施,可抑制或消除一些外部干扰;内部噪声的影响则不具有以上特性,一旦接收机产生了内部噪声,可能造成接收机饱和或不具放大作用,对接收机的性能影响较外部噪声更大,因此,在降低接收机噪声的研究中主要以内部噪声的研究为主。
理论上,接收机在放大处理信号时,只放大天线所输入的信号及噪声,但实际上,接收机还存在着自身的噪声,噪声系数是用于衡量接收机内部噪声水平的一个物理量,指接收机 输入端与输出端信噪比之比,噪声系数的值越大,则说明传输过程中掺入的噪声越大。灵敏度是信噪比能接受情况下,接收机可接收到的最小讯号,其与所要求的信号质量及接收机本身的噪声系数有关,接收机的灵敏度越高,则可接收的信号越弱,作用的距离也就越远。
由于噪声系的概念较易理解,在产品和电路设计中往往被用来表示噪声性能,并对接收机的总体灵敏度进行预测,而由噪声系数和灵敏度的定义可知,噪声系数对接收机的灵敏度有着关键的影响,噪声系数越大,则接收机的灵敏度越低 ,反之,噪声系数越小,接收机的灵敏度越高 。当今随着电子对抗及 隐身技术发展,要求侦查或接收信号能量越来越微弱,对接收机的灵敏度要求也更高,这也就要求要最大限度降低接收机的噪声系数,从而提高接 收机的灵敏度,增大接收机的作用距离。
混沌现象是由确定的非线性动力学方程所描述的复杂的、类随机的现象。通过对现实世界的研究和观察可以发现,许多自然现象都具有非线性的特点,这也意味着传统的线性理论不能很好地对这些现象进行准确描述,而混沌理论作为非线性理论中重要的分析方法也就应运而生,这为描述现实世界中的许多自然现象提供了一种有效的工具,是非线性科学领域中的重要的成就。
混沌检测作为一种新兴的方法,在应用于微弱信号检测领域后,取得了一些令人瞩目的研究成果,这也是微弱信号检测领域中的研究热点之一。1992年,美国学者Birx等人提出了一种方法,可以利用混沌振子来检测接收信号中是否有周期信号得存在,这也是混沌理论应用于微弱信号领域的开始。1993年Bob X.Li和Simon Haykin在进行海杂波中微弱目标信号检测时结合了混沌理论。1997年Short从可短时间内对混沌信号进行预测的特点出发,对混沌通信系统中有效信号的提取进行了研究,取得了较好的成果。此后,中国学者李月、王冠宇、匈牙利学者 Dobrowiecki等先后对微弱信号混沌检测技术进行了振幅、频率与相位检测、系统统计特性等方面的研究,其中Duffing方程是主要的研究重点,并且成果令人瞩目。
混沌系统之所以具备较好的检测信噪比,是因为系统具备较好的非线性增益特性、补充取样积分过程以及较强的噪声抑制能力等。应用混沌系统进行信号检测,有着许多优越性,如较低的检测信噪比,明确的物理意义,无须假设噪声分布及容易硬件实现等。但在未来的研究中,也存在着一些问题尚待解决,如通过分数阶混沌系统的状态转化进行转变来进行微弱信号检测,存在着检测盲区、利用状态转化来进行微弱信号检测主要还停留在定性阶段等。
由于混沌状态对初值有高度敏感性的特点,这意味着超再生接收机在不规律电流行为出现时,电路有最大的放大倍数,这为利用混沌进行微弱信号的检测提供了可能性。将混沌理论应用于微弱信号检测的研究始于 20 世纪 90 年代前后,并取得一系列进展。其中,采用 Duffing 阵子进行弱信号的检测是目前研究的热点。当噪声和有用信号通过混沌振子时,系统会表现出很大的差异,因而可以利用该优点来检测信号。
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