宽频谱混沌系统的电路实现及研究

发布时间：2020-05-22 04:33

【摘要】：自从1963年,美国气象学家洛伦兹发现了第一个混沌系统,从而使得混沌成为了工程领域研究的热点;由于它复杂的动力学特性,可以广泛的应用于混沌加密、图像处理、通信系统以及图像压缩等领域。近年来,随着电子技术的发展,模拟硬件混沌电路的实现,进一步推动了混沌理论的发展以及混沌系统的应用;但是工程领域中信号的频谱不断提高,传统混沌电路实现信号的频谱不能满足应用的需求,而基于电流传输器、二极管器件以及通过集成的方式实现的混沌电路,它能产生较宽的混沌频谱信号,从而扩大了混沌的应用范围,有效地克服了运算放大器实现的混沌电路的固有缺陷;针对以上问题,文章详细地研究了宽频谱混沌电路的实现方法。本文的主要内容和创新点如下:(1)通过理论推导以及数值仿真分析了三阶SC-CNN(State Controlled Cellular NeuralNetwork)系统的动力学行为,提出了基于电流传输器实现的三阶SC-CNN电路,并且搭建了基于运算放大器实现的三阶SC-CNN电路,通过频率特性对比,说明了基于电流传输器实现的SC-CNN电路能够实现宽频谱的混沌信号。最后利用Pspice软件仿真了该电路图并搭建了该混沌系统的硬件电路,由示波器观察了混沌系统的动力学行为。电路仿真与物理实验的结果相吻合,说明了该设计的正确性。(2)提出了一种基于二极管桥式非线性饱和电路,该非线性电路由二极管桥和电流传输器组成,实现了三角波非线性功能;将其应用到多涡卷Jerk系统的混沌电路。通过Pspice电路仿真,证明了该电路可以实现多维多涡卷混沌吸引子。为了比较混沌信号的频率特性,仿真了基于运算放大器构造的网格多涡卷Jerk系统混沌电路。仿真结果表明:基于二极管构造非线性电路实现的混沌系统信号,其频率特性优于运算放大器实现的混沌信号。(3)构造了一个四维超混沌系统。通过理论推导、数值仿真分析了超混沌系统的动力学行为并采用集成电路的方式搭建了该超混沌系统的电路。Pspice电路仿真验证了通过集成方式实现的混沌电路有利于降低电路功耗,并对其频谱特性进行了分析,说明了其频率特性优于分立元器件实现的混沌电路。电路仿真与数值仿真结果一致,证明了设计的正确性。
【图文】：

分岔图,指数图,李亚普诺夫指数,双周期

图３．２参数ｓ３２的分岔图逡逑图３．１和图３．２分别作出了邋ｓ３２的李亚普诺夫指数和分岔图，系统中参数别为邋ｓｌｌ＝ｌ；邋ｓｌ２＝ｌ；邋ｓ２２＝ｌ；邋ｓ２３＝ｌ；邋ｓ３１＝－０．５；邋ｓ３３＝０．５；从图中可以得到邋ｓ３２邋不同值时，系统会呈现对应不同的状态，即可观察到系统由单周期、双周期、

状态数,指数和,分岔图,周期

图３．３邋ＳＣ－ＣＮＮ各状态数值仿真相图逡逑以上系统参数，参数值ｓ３２是变化的，当ｓ３２逐渐减小的时候，其对应的李逡逑亚普诺夫指数和分岔图如图３．１和图３．２，从图中可以看出系统有复杂的动力学逡逑行为。当邋ｓ３２邋位于区域［０．７２，０．８］，［０．６５，０．７］，，［０．５７，邋０．６］，［０．４，０．５２］，系统逡逑经历从周期到混？屯的历程，当然，动力学行为数值仿真的结果和理论分析是一致逡逑的，系统的一些轨迹的数值仿真通过图３．３展现，当ｓ３２＝０．７５时，图（ａ）是单逡逑周期，当ｓ３２＝０．６５时，图（ｂ）是２周期：当ｓ３２＝０．６时，图（ｃ）是４周期，当逡逑２０逡逑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM132;O415.5

【参考文献】