網狀形多渦卷混沌電路及產生多渦卷的方法

2023-07-21 10:58:21

專利名稱：網狀形多渦卷混沌電路及產生多渦卷的方法
技術領域：
本發明涉及一種混沌電路，具體涉及保密通信中的網狀形多渦卷混沌電路。本發 明還涉及網狀形多渦卷混沌電路的使用方法。
背景技術：
如何產生用於混沌保密通信中所需的各種混沌電路是非線性電路與系統科學研 究的一個新領域，目前混沌電路研究已取得了一系列相關的成果，渦卷混沌信號發生器， 四階網格狀多環面混沌電路，多螺旋混沌產生器，多摺疊環面混沌電路，三維多卷波混沌電 路，產生多環繞卷波混沌電路，多渦卷混沌信號發生裝置等。近年來，在研究一維多渦卷混沌吸引子的基礎上，人們還進一步提出了產生二維、 三維和四維多渦卷混沌吸引子的一些新方法。如公開號為CNlO 1183929A的中國發明專利申請公開說明書公開了一種產生 多環繞線卷波的混沌電路及實現方法。能產生一維多渦卷混沌吸引子。又如公開號為 CN1787429A的中國發明專利申請公開說明書公開了一種三維多卷波混沌電路。能產生三維 多渦卷混沌吸引子。如公開號為CN1744487A的中國發明專利申請公開說明書公開了一種 四階網格狀多環面混沌電路及其使用方法。能產生四維多渦卷混沌吸引子。總之可以歸納為兩類，一類是一維多渦卷產生混沌吸引子，渦卷個數排列在一條 直線上。另一類是二維、三維和四維多渦卷產生混沌吸引子，在網格節點處呈現渦卷，且每 個網格節點處僅呈現一個渦卷。上述兩類多渦卷混沌電路在網格的節點處只能產生一個渦卷，而不能在網格的節 點處產生多個渦卷。因此，用於混沌保密通訊還存在局限。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術多渦卷混沌電路在網格的節點處只 能產生一個渦卷的缺陷，設計了一種網狀形多渦卷混沌電路，該電路在網格每個節點處產 生的渦卷個數可變，從而獲得網狀形多渦卷混沌吸引子。本發明解決上述技術問題的技術方案是，設計一種網狀形多渦卷混沌電路，該混 沌電路包括，三階自治電路Ni、由符號函數組成的分段函數序列發生器N2、三角波函數序 列發生器N3和相位控制器N4。所述的三階自治電路m由兩個加法放大器(0P1、0P7)、三 個積分器(0P2、0P5、0P8)和反相放大器(0P3、0P6、0P9)分別級聯構成，三階自治電路m 的第一輸出端(-V1),和第二輸出端(-V2)分別連接三角波函數序列發生器N3的第一輸入 端(e)，和第二輸入端(d)，三角波函數序列發生器N3由兩個相同的子模塊Nx和子模塊Ny 構成，子模塊Nx的輸出端(f)連接相位控制模塊N4的輸入端(h)，相位控制器N4的輸出 端(P)連接三階自治電路附的第二輸入端(c2)，子模塊Ny的輸出端(g)連接三階自治電 路附的第三輸入端(C3)；三階自治電路附的輸出端(V3)連接由符號函數組成的分段函數 序列發生器N2的輸入端(a)，由符號函數組成的分段函數序列發生器N2的輸出端(b)連接三階自治電路m的第一輸入端(C1)15由子模塊Nx和子模塊Ny產生三角波信號的斜率線性段，其中，由子模塊中第二放大器及連接在其反相輸入端的電阻確定轉折點電壓值，由連接在第一放大器反相輸入端第 二放大器輸出端之間的電阻值確定三角波信號的負斜率線性段，由連接在第二放大器反相 輸入端的電阻值、以及連接在第一放大器反相輸入端第二放大器輸出端之間的電阻值共同 確定三角波信號正斜率線性段。分段函數序列發生器N2由多個子模塊N21、N22、N23並聯構成，每個子模塊輸出端 分別通過開關Hk3連接在三階自治電路的第一輸入端(C1)；子模塊N21控制網格的每 個節點處產生1個渦卷；子模塊N22控制網格的每個節點處產生2個渦卷；子模塊N23控制 網格的每個節點處產生3個渦卷本發明還提出一種產生網狀形多渦卷混沌信號的方法，具體包括步驟，網狀形多 渦卷混沌電路中三階自治電路的第一、第二輸出端輸出網狀形多渦卷，分別送入三角波函 數序列發生器N3的輸入端e和輸入端d，三角波函數序列發生器N3中的兩個子模塊Nx和 Ny分別產生三角波信號，通過相位控制器N4輸出一個相位相反的信號，送入三階自治電路 Nl的第二輸入端(c2)，分段函數序列發生器N2中子模塊控制網格的每個節點處產生多個 渦卷混沌信號。本發明與現有技術相比，通過三角波函數序列發生器子模塊Nx和子模塊Ny能產 生網格，由符號函數組成的分段函數序列發生器控制網格的每個節點處的渦卷個數，符號 函數組成的分段函數序列發生器由多個子電路構成，分別連接不同的子模塊，從而獲得不 同網狀形多渦卷混沌信號。本發明的網狀形多渦卷中每個節點處的渦卷個數可變，而一般 的網格多渦卷在節點處只有一個渦卷，因此，本發明的網狀形多渦卷混沌電路產生的混沌 信號的動力學行為更複雜、更豐富，應用於保密通信，能提高保密通信的安全性。


圖1為網狀形多渦卷混沌電路原理框圖；圖2為網狀形多渦卷混沌電路原理圖；圖3為網格節點處產生的一渦卷在V1-V2平面上相圖的電路仿真結果；圖4為網格節點處產生的二渦卷在V1-V2平面上相圖的電路仿真結果；圖5為網格節點處產生的三渦卷在V1-V2平面上相圖的電路仿真結果；
具體實施例方式以下針對附圖和具體實例對本發明的實施進行具體說明。圖1所示本發明為網狀 形多渦卷混沌電路信號流程圖；該混沌電路包括，三階自治電路Ni、由符號函數組成的分段函數序列發生器N2、 三角波函數序列發生器N3和相位控制器N4四個部分。三階自治電路m的第一輸出端(-V1)和第二輸出端(-V2)分別連接三角波函數序 列發生器N3的第一輸入端(e)和第二輸入端(d)，三角波函數序列發生器N3包括兩個相 同的子模塊，分別為子模塊Nx和子模塊Ny，子模塊Nx的輸出端(f)連接相位控制器N4的 輸入端(h)，相位控制器N4的輸出端(ρ)連接三階自治電路附的第二輸入端(c2)，子模塊Ny的輸出端(g)連接三階自治電路m的第三輸入端(C3)；三階自治電路m的第三輸出端 (V3)連接由符號函數組成的分段函數序列發生器N2的輸入端(a)，由符號函數組成的分段 函數序列發生器N2的輸出端(b)連接三階自治電路m的第一輸入端(C1)。以下以一具體電路實例進一步說明本發明多渦卷混沌電路的實現方式，圖2所示 本發明為網狀形多渦卷混沌電路原理圖。
電路原理圖中的運算放大器均可採用TL082⑶，其輸出飽和電壓值| VsatI = 13. 5 伏特。三階自治電路W由兩個加法放大器(0P1、0P7)、三個積分器(0P2、0P5、0P8)和反相 放大器(0P3、0P6、0P9)分別級聯構成。其中，三階自治電路附的第三輸入端(C3)和第三 輸出端(V3)通過電阻接入加法放大器OPl的反相輸入端，加法放大器OPl的輸出端通過電 阻R1接入積分器0P2反相輸入端，積分器0P2輸出端通過電阻接入反相放大器0P3的反相 輸入端，反相放大器0P3的輸出端(-V1)連接三角波函數序列發生器N3的第一輸入端(e)； 三階自治電路附的第一輸入端(C1)通過電阻&接入積分器0P5反相輸入端，積分器0P5 輸出端通過電阻接入反相放大器0P6的反相輸入端，反相放大器0P6的輸出端(-V2)連接 三角波函數序列發生器N3的第二輸入端(d)；三階自治電路m的第二輸入端(C1)與反相 放大器0P9的輸出端通過電阻接入加法放大器0P7的反相輸入端，加法放大器0P7的輸出 端通過電阻R3接入積分器0P8反相輸入端，積分器0P8輸出端(V3)連接由符號函數組成的 分段函數序列發生器N2的輸入端(a)、三階自治電路附的第一輸入端(C1)以及通過電阻 接入反相放大器0P9的反相輸入端，反相放大器0P9的輸出端通過電阻接入加法放大器0P7 的反相輸入端。三階自治電路的第一、第二輸出端(-V1和-V2)輸出網狀形多渦卷，分別送入三角 波函數序列發生器N3的輸入端e和d，三角波函數序列發生器N3包含兩個相同的子模塊 Nx和Ny，每個子模塊都能產生三角波信號，其中e為子模塊Nx的輸入端，d為子模塊Ny的 輸入端，子模塊Nx或Ny由兩個放大器(0P11、0P12或0P13、0P14)構成。其中，由子模塊中 第二放大器及連接在其反相輸入端的電阻確定三角波信號轉折點電壓值，由連接在第一放 大器反相輸入端與第二放大器輸出端之間的電阻值確定三角波信號的負斜率線性段，由連 接在第二放大器反相輸入端的電阻值、以及連接在第一放大器反相輸入端與第二放大器輸 出端之間的電阻值共同確定三角波正斜率線性段。以子模塊Ny為例進行說明，在子模塊Ny中，由第二放大器0P14及連接在其反相 輸入端的電阻R17、R18確定轉折點電壓值，連接在第一放大器0P13反相輸入端與第二放大 器0P14輸出端之間的電阻R15產生三角波的負斜率線性段，由電阻R15、R17、R18共同產生三 角波正斜率線性段。以相關參數取如下值進行舉例說明，R14為電壓-電流轉換電阻，當R14 = 13. 5ΚΩ。 R16為附加電壓Ve的平衡電阻，R16= IK Ω，Ve= IV。轉折點電壓值由R17、R18及其相連的放 大器(0P14)來決定，其電壓值為R18X I Vsat I/R170由於|Vsat| = 13. 5伏特，當轉折點電壓值 0.02伏特時，可取R17 = 200K QjR18 = 300 Ω。R17，R18與線性電阻R15共同產生三角波正斜 率線性段，線性電阻R15可產生三角波的負斜率線性段。相位控制器Ν4是一個反相器，其目的是使輸入的信號反相，因此子模塊Nx輸出的 信號，通過相位控制器Ν4，從相位控制器Ν4輸出一個相位相反的信號，送入三階自治電路 Nl的第二輸入端(C2)。三階自治電路m的第三輸出端(V3)連接由符號函數組成的分段函數序列發生器N2的輸入端(a)，分段函數序列發生器N2的輸出端(b)連接三階自治電路 Nl的第一輸入端(C1)。由符號函數組成的分段函數序列發生器N2由多個子模塊N21、N22、N23輸入端並 聯構成。每個子模塊輸出端分別通過開關Vk2、k3連接在三階自治電路的第一輸入端(C1)。子模塊N21由一個電位器R21構成，控制網格的每個節點處產生1個渦卷。閉合開 關h，斷開開關k2，k3，調節電阻R21，可使網格的每個節點處產生1個渦卷。
子模塊N22控制網格的每個節點處產生2個渦卷。子模塊N22由一個電位器R22 和一個放大器(0P15)串聯構成，當放大器(0P15)反相輸入端的電壓由負電壓變換為正電 壓時，其輸出端電壓由正的飽和電壓(Vsat)變換為負的飽和電壓(_Vsat)，反之亦然。子模塊 N22的輸出端通過開關k2連接三階自治電路的第一輸入端(C1)，閉合開關k2，斷開開關k1; k3，調節電位器R22，可使網格的每個節點處產生2個渦卷。子模塊N23控制網格的每個節點處產生3個渦卷。子模塊N23由兩個放大器 (0P16、OP17)構成，負電壓通過分壓電阻R25和R26接入放大器0P16的正相輸入端，正電壓 通過分壓電阻R29和R3tl接入放大器0P17的正相輸入端，放大器0P16和0P17的反相輸入端 連接附的第三輸入輸出端(V3)。放大器0P16和0P17的輸出端分別通過電阻R24和R28以 及開關k3接入放大器0P4的反相輸入端。當放大器(0P17)反相輸入端的電壓增大，由小於 電壓R3tlE1AR29+!^)變為大於電壓R3tlE1AR29+!^)時，當放大器(0P17)反相輸入端的電壓與 電壓R3tlE1AR29+!^)之差由負電壓變換為正電壓時，其輸出端電壓由正的飽和電壓(Vsat)變 換為負的飽和電壓(_Vsat)，反之亦然，其中E1 = 15伏特；當放大器(0P16)反相輸入端的電 壓增大，由小於與電SR26E2/(R25+R26)變為大於電壓R26E2/(R25+R26)時，當放大器(0P16)反 相輸入端的電壓與電SR26E2/(R25+R26)之差由負電壓變換為正電壓時，其輸出端電壓由正 的飽和電壓(Vsat)變換為負的飽和電壓(_Vsat)，反之亦然，其中E2 = -15伏特；子模塊N23 的輸出端通過開關k3連接三階自治電路的輸入端(C1),閉合開關1^3，斷開開關k1; k2，調節 電位器R24 = R28 = 450ΚΩ，可使網格的每個節點處產生3個渦卷。產生渦卷的方法如下(1)當第一開關(kl)接通、第二和第三開關(k2、k3)斷開時，在網格的每個節點 處有1個渦卷，總共4個渦卷；(2)當第二開關(k2)接通、第一和第二開關(kl、k3)斷開時，在網格的每個節點 處有2個渦卷，總共8個渦卷；(3)當第三開關(k3)接通、第一和第二開關(kl、k2)斷開時，在網格的每個節點 處有3個渦卷，總共12個渦卷。圖3為網格節點處產生的一渦卷在V1-V2平面上相圖的電路仿真結果；圖4為網格 節點處產生的二渦卷在V1-V2平面上相圖的電路仿真結果；圖5為網格節點處產生的三渦卷 在V1-V2平面上相圖的電路仿真結果。從圖3、圖4和圖5可以看出，本發明的網狀形多渦 卷的每個節點處的渦卷個數可變，而且動力學行為複雜，應用於保密通信，能提高保密通信 的安全性。
權利要求
一種網狀形多渦卷混沌電路，其特徵在於，該電路包括三階自治電路N1、由符號函數組成的分段函數序列發生器N2、三角波函數序列發生器N3和相位控制模塊N4，其特徵在於三階自治電路的第一輸出端(-v1)，和第二輸出端(-v2)分別連接N3的第一輸入端(e)和第二輸入端(d)，N3由兩個相同的子模塊Nx和子模塊Ny構成，子模塊Nx的輸出端(f)連接N4的輸入端(h)，N4的輸出端(p)連接N1的第二輸入端(c2)，子模塊Ny的輸出端(g)連接N1的第三輸入端(c3)；N1的第三輸出端(v3)連接N2的輸入端(a)，N2的輸出端(b)連接三階自治電路N1的第一輸入端(c1)。
2.根據權利要求1所述的網狀形多渦卷混沌電路，其特徵在於，由子模塊Nx和子模塊 Ny產生三角波信號的斜率線性段，其中，由子模塊中第二放大器及連接在其反相輸入端的 電阻確定轉折點電壓值，由連接在第一放大器反相輸入端第二放大器輸出端之間的電阻值 確定三角波信號的負斜率線性段，由連接在第二放大器反相輸入端的電阻值、以及連接在 第一放大器反相輸入端第二放大器輸出端之間的電阻值共同確定三角波信號正斜率線性 段。
3.根據權利要求1所述的網狀形多渦卷混沌電路，其特徵在於，分段函數序列發生器 N2由多個子模塊N21、N22、N23並聯構成，每個子模塊輸出端分別通過開關ki、k2、k3連接在 三階自治電路的第一輸入端(C1)；子模塊N21控制網格的每個節點處產生1個渦卷；子模 塊N22控制網格的每個節點處產生2個渦卷；子模塊N23控制網格的每個節點處產生3個 渦卷。
4.一種產生網狀形多渦卷混沌信號的方法，其特徵在於，網狀形多渦卷混沌電路中三 階自治電路的第一、第二輸出端輸出網狀形多渦卷，分別送入三角波函數序列發生器N3的 輸入端e和輸入端d，三角波函數序列發生器N3中的兩個子模塊Nx和Ny分別產生三角波 信號，通過相位控制器N4輸出一個相位相反的信號，送入三階自治電路m的第二輸入端 (c2)，分段函數序列發生器N2中子模塊控制網格的每個節點處產生多個渦卷混沌信號。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，三角波函數序列發生器中子模塊產生三 角波信號的斜率線性段，其中，由子模塊中第二放大器及連接在其反相輸入端的電阻確定 三角波信號轉折點電壓值，由連接在第一放大器反相輸入端與第二放大器輸出端之間的電 阻值確定三角波信號的負斜率線性段，由連接在第二放大器反相輸入端的電阻值、以及連 接在第一放大器反相輸入端與第二放大器輸出端之間的電阻值共同確定三角波信號正斜 率線性段。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，分段函數序列發生器N2中子模塊N21、 N22、N23輸入端並聯，每個子模塊輸出端分別通過開關kp k2、k3連接在三階自治電路的第 一輸入端(C1)；當開關kl接通，開關k2、k3斷開時產生4個渦卷；當開關k2接通，開關kl、 k3斷開時，產生8個渦卷；當k3接通、開關kl、k2斷開時，產生12個渦卷。
全文摘要
本發明公開了一種網狀形多渦卷混沌電路及產生多渦卷的方法。涉及混沌系統。該混沌電路由三階自治電路N1、由符號函數組成的分段函數序列發生器N2、三角波函數序列發生器N3和相位控制器N4構成。三角波函數序列發生器控制混沌電路產生一個網格，由符號函數組成的分段函數序列發生器控制網格節點處的渦卷個數。當開關k1接通、開關k2、k3斷開時，在網格的每個節點處有1個渦卷，總共4個渦卷；當開關k2接通、開關k1、k3斷開時，在網格的節點處有2個渦卷，總共8個渦卷；當開關k3接通、開關k1、k2斷開時，在網格的節點處有3個渦卷，總共12個渦卷。本發明可廣泛用於保密通信。
文檔編號H04L9/00GK101873210SQ20101018063
公開日2010年10月27日 申請日期2010年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者劉希瑞, 李銳, 塗正偉, 羅小華, 羅明偉 申請人:重慶郵電大學