Non-Linear Filtering of Chaotic Signal in the Presence of Noise

Abstract

The creation of radio engineering systems based on the effects of stochastic and chaotic dynamic is a promising direction. The task of developing such systems must be oriented toward using the results of theoretical studies of processes in nonlinear radiophysical systems. The subject of this study is the nonlinear filtering of a mixture of chaotic oscillations and noise based on the stochastic resonance effect occurring in a bistable system with the aim of isolating the information chaotic signal. Usually, noise is considered to be “white”, and the signal is narrow-banded. As a bistable system, a Schmitt trigger can be used. For narrowband signals, the stochastic resonance effect has been studied in sufficient detail theoretically, for broadband information signals, applied research is insufficient. The stochastic resonance effect is a phenomenon in which the response of a nonlinear system to a weak external signal amplifies with increasing noise intensity to some optimal value. In the study of radio engineering systems, chaotic oscillations can be used as information systems. Theoretical basis for research of information processing systems in radio engineering systems using chaotic signals is research in the field of nonlinear radiophysics. Of particular importance in this case is the selection of solutions at the model level, in particular, based on the results of circuit simulation of practically realized devices on the existing element base. Создание радиотехнических систем на основе эффектов стохастической и хаотической динамик является перспективным направлением. Задачу разработки таких систем необходимо ориентировать на использование результатов теоретических исследований процессов в нелинейных радиофизических системах. Предметом настоящего исследования является нелинейная фильтрация смеси хаотического колебания и шума на основе эффекта стохастического резонанса, происходящего в бистабильной системе, с целью выделения информационного хаотического сигнала. Обычно полагают шум «белым», а сигнал узкополосным. В качестве бистабильной системы может быть применен триггер Шмитта. Для узкополосных сигналов эффект стохастического резонанса исследован достаточно подробно в теоретическом плане, для широкополосных информационных сигналов прикладные исследования недостаточны. Эффект стохастического резонанса – это явление, при котором отклик нелинейной системы на слабый внешний сигнал усиливается с ростом интенсивности шума до некоторого его оптимального значения. При исследовании радиотехнических систем в качестве информационных могут использоваться хаотические колебания. Теоретической базой для исследований систем обработки информации в радиотехнических системах с использованием хаотических сигналов служат исследования в области нелинейной радиофизики. Особое значение при этом имеет отбор решений на модельном уровне, в частности по результатам схемотехнического моделирования практически реализуемых устройств на существующей элементной базе.