忆阻超混沌系统及其在图像加密中的应用
发布时间：2021-08-09 20:00
1971年,蔡少棠教授预测了忆阻器的存在,并认为忆阻器是与电阻、电容、电感相并列的第四种基本电路元件。但在之后的三十多年里,忆阻器相关的领域一直没有突破性的研究成果。直到2008年,借助于现代纳米工艺的进步,Hewlett-Packard（HP）实验室首次对忆阻器进行了物理实现。忆阻器的纳米级尺寸、低功耗、开关特性、独特记忆特性以及非线性特性使其在神经网络、数字逻辑、非易失存储以及混沌电路等领域有着广泛的应用前景。本文首先介绍了磁控忆阻器等效电路模型,并对其非易失性及电路特性进行分析。其次,基于该忆阻器模型建立了忆阻超混沌系统,通过李雅普诺夫指数及李雅普诺夫维数的计算,确定了系统的超混沌特性。再次,在该忆阻超混沌系统中引入优化因子,实现了对系统状态和吸引子特性的控制,并在硬件电路中对优化因子予以实现。最后,基于忆阻超混沌系统,提出了新的图像加密算法,并对算法的抗攻击性能进行了分析。本文的研究包括以下内容:首先,本文介绍了磁通控制型忆阻器的等效电路模型,并对该忆阻器的电路特性进行研究,通过POP（Power-Off Plot）方法对该忆阻器的非易失特性进行分析。其次,通过在一个类洛伦兹混...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)忆阻器在不同频率下的收缩滞后环,(b)忆阻器电压、电流时域波形
杭州电子科技大学硕士学位论文10(a)(b)图2.3(a)忆阻器在不同频率下的收缩滞后环,(b)忆阻器电压、电流时域波形(a)(b)图2.4(a)忆阻器忆导值的时域波形,(b)忆阻器磁通、电荷关系式(2.11)所示的忆阻器的等效电路原理图如图2.5所示，输入电压v经过由电阻R1、电容C1和运放U1构成的反向积分器反向积分后，在节点1得到磁通-φ，经过乘法器A1可得φ2。电阻R2、R3、R4和运放U2构成的反向加法器的响应如下式所示：442132()RRGVRR=(2.12)其中，V1是直流电压分量，节点2处的–G(φ)由电阻R5、R6和运放U3构成的反向器反向得到G(φ)，节点3处G(φ)与输入电压v相乘可得输出电流i。U1R1vC1100MΩ10nF+-A1U2R310kΩ+-R2500kΩR410kΩ1VU3R510kΩ+-R610kΩA2vinode1node2node3图2.5忆阻器等效电路
杭州电子科技大学硕士学位论文11忆阻器等效电路的仿真结果如图2.6所示，其中，输入信号为正弦电压v=4sin(2πft)，输入信号的幅值为4V，频率为1Hz。忆阻器等效电路的滞回曲线和电压电流时域波形如图2.6所示，仿真结果验证了该忆阻器等效电路的有效性。图2.6忆阻器等效电路Multisim仿真结果2.4忆阻器的非易失性分析由于忆阻器是非易失元件，掉电仍可保持其历史状态，在对忆阻器的基本电路特性进行验证之后，需要通过POP（断电图）来探讨忆阻器的非易失特性。根据非易失忆阻器原理，压控忆阻器的POP是将忆阻器的输入电压置为零，绘制内部状态变量变化率(dx/dt)与内部状态变量x之间的关系[51]。由于理想忆阻器与理想通用忆阻器（其表达式包含内部状态变量x）的性质完全相同，因此，需要对理想忆阻器做必要的等效变换，将其转化为理想通用忆阻器。首先，选择一个分段可微1:1函数如下：3x==x()(2.13)随后可得到该分段可微1:1函数的反函数，如下式所示：113xx(x)==(2.14)根据式(2.11)和式(2.14)，该忆阻器的忆导值可由下式描述：11223()()()()||xxxxdqGxxd===+=+αβαβ(2.15)g(x)为理想通用忆阻器的重要组成部分，其获取过程如下式所示：11223()()()()|3|3xxxxdxgxxd====(2.16)在获取G(x)和g(x)的表达式之后，理想忆阻器的同胞忆阻器，即理想通用忆阻器的方程式如下式所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]忆阻器、忆容器和忆感器的Simulink建模及其特性分析[J]. 王晓媛,俞军,王光义. 物理学报. 2018(09)
[2]双指数混沌系统的动力学分析及数字实现[J]. 吴珺,王光义. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]一个新的混沌系统及其共存吸引子的研究[J]. 史传宝,王光义,臧寿池. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[4]基于忆阻器的Simulink模型及其特性分析[J]. 段飞腾,崔宝同. 固体电子学研究与进展. 2015(03)
[5]基于Simulink的忆阻器模型[J]. 宋卫平,丁山传,宁爱平. 太原科技大学学报. 2014(01)
[6]忆阻器Simulink建模和图形用户界面设计[J]. 胡柏林,王丽丹,黄艺文,胡小方,张宇阳,段书凯. 西南大学学报(自然科学版). 2011(09)
[7]一个超混沌Lorenz吸引子及其电路实现[J]. 王光义,郑艳,刘敬彪. 物理学报. 2007(06)
[8]一种混沌密钥流产生方法[J]. 胡汉平,刘双红,王祖喜,吴晓刚. 计算机学报. 2004(03)
[9]数字图像变换及信息隐藏与伪装技术[J]. 丁玮,齐东旭. 计算机学报. 1998(09)
本文编号：3332710
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)忆阻器在不同频率下的收缩滞后环,(b)忆阻器电压、电流时域波形
杭州电子科技大学硕士学位论文10(a)(b)图2.3(a)忆阻器在不同频率下的收缩滞后环,(b)忆阻器电压、电流时域波形(a)(b)图2.4(a)忆阻器忆导值的时域波形,(b)忆阻器磁通、电荷关系式(2.11)所示的忆阻器的等效电路原理图如图2.5所示，输入电压v经过由电阻R1、电容C1和运放U1构成的反向积分器反向积分后，在节点1得到磁通-φ，经过乘法器A1可得φ2。电阻R2、R3、R4和运放U2构成的反向加法器的响应如下式所示：442132()RRGVRR=(2.12)其中，V1是直流电压分量，节点2处的–G(φ)由电阻R5、R6和运放U3构成的反向器反向得到G(φ)，节点3处G(φ)与输入电压v相乘可得输出电流i。U1R1vC1100MΩ10nF+-A1U2R310kΩ+-R2500kΩR410kΩ1VU3R510kΩ+-R610kΩA2vinode1node2node3图2.5忆阻器等效电路
杭州电子科技大学硕士学位论文11忆阻器等效电路的仿真结果如图2.6所示，其中，输入信号为正弦电压v=4sin(2πft)，输入信号的幅值为4V，频率为1Hz。忆阻器等效电路的滞回曲线和电压电流时域波形如图2.6所示，仿真结果验证了该忆阻器等效电路的有效性。图2.6忆阻器等效电路Multisim仿真结果2.4忆阻器的非易失性分析由于忆阻器是非易失元件，掉电仍可保持其历史状态，在对忆阻器的基本电路特性进行验证之后，需要通过POP（断电图）来探讨忆阻器的非易失特性。根据非易失忆阻器原理，压控忆阻器的POP是将忆阻器的输入电压置为零，绘制内部状态变量变化率(dx/dt)与内部状态变量x之间的关系[51]。由于理想忆阻器与理想通用忆阻器（其表达式包含内部状态变量x）的性质完全相同，因此，需要对理想忆阻器做必要的等效变换，将其转化为理想通用忆阻器。首先，选择一个分段可微1:1函数如下：3x==x()(2.13)随后可得到该分段可微1:1函数的反函数，如下式所示：113xx(x)==(2.14)根据式(2.11)和式(2.14)，该忆阻器的忆导值可由下式描述：11223()()()()||xxxxdqGxxd===+=+αβαβ(2.15)g(x)为理想通用忆阻器的重要组成部分，其获取过程如下式所示：11223()()()()|3|3xxxxdxgxxd====(2.16)在获取G(x)和g(x)的表达式之后，理想忆阻器的同胞忆阻器，即理想通用忆阻器的方程式如下式所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]忆阻器、忆容器和忆感器的Simulink建模及其特性分析[J]. 王晓媛,俞军,王光义. 物理学报. 2018(09)
[2]双指数混沌系统的动力学分析及数字实现[J]. 吴珺,王光义. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]一个新的混沌系统及其共存吸引子的研究[J]. 史传宝,王光义,臧寿池. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[4]基于忆阻器的Simulink模型及其特性分析[J]. 段飞腾,崔宝同. 固体电子学研究与进展. 2015(03)
[5]基于Simulink的忆阻器模型[J]. 宋卫平,丁山传,宁爱平. 太原科技大学学报. 2014(01)
[6]忆阻器Simulink建模和图形用户界面设计[J]. 胡柏林,王丽丹,黄艺文,胡小方,张宇阳,段书凯. 西南大学学报(自然科学版). 2011(09)
[7]一个超混沌Lorenz吸引子及其电路实现[J]. 王光义,郑艳,刘敬彪. 物理学报. 2007(06)
[8]一种混沌密钥流产生方法[J]. 胡汉平,刘双红,王祖喜,吴晓刚. 计算机学报. 2004(03)
[9]数字图像变换及信息隐藏与伪装技术[J]. 丁玮,齐东旭. 计算机学报. 1998(09)
本文编号：3332710
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3332710.html
