含有時滯項的四維混沌系統電路的製作方法
2024-02-09 10:57:15
含有時滯項的四維混沌系統電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種含有時滯項的四維混沌系統電路，包括第一、第二、第三和第四通道電路。第一通道電路由乘法器A1、反相器U1A、反相器U2A、反相積分器U3A、時滯單元以及電阻組成，第二通道電路由乘法器A2、反相器U4A、反相積分器U5A以及電阻組成，第三通道電路由乘法器A3、反相器U6A、反相積分器U7A以及電阻組成，第四通道電路由乘法器A4、乘法器A5、反相器U9A、反相積分器U10A以及電阻組成。本發明通過改變電路單元中的元件和元件參數值可以實現十一種含有時滯項的四維分數階混沌電路，每種混沌系統電路都具有各自的混沌動力學行為，若將該系統的輸出信號利用於保密通信領域，可大大提高保密性。
【專利說明】含有時滯項的四維混沌系統電路
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是含有時滯項的四維混沌系統電路，屬於混沌信號發生器設計的技 術領域。
【背景技術】
[0002] 自從1963年麻省理工學院的Lorenz發現了第一個混沌吸引子以來，掀起了研究 混沌理論和實際應用的熱潮。混沌信號具有非周期、連續寬帶頻譜、類噪聲等特性，可提供 豐富的信號設計和發生機制，而時滯混沌系統可產生無窮維的狀態空間，使系統具有複雜 的動力學特性，新時滯混沌系統的不斷發現和構造能夠豐富混沌理論，加深對混沌現象的 認識。
[0003] 目前，混沌科學逐漸從理論研究過渡到實際應用階段，而電路實現是證實混沌吸 引子的存在性並將其運用於工程領域的最直接手段，設計具有複雜非線性項的時滯混沌系 統電路，並將其整數階混沌系統擴展到分數階混沌系統，能夠準確地反映系統的動力學特 性。此外，通過改變混沌系統階次（即改變混沌系統電路單元結構），可以設計出不同階 數的混沌系統電路。若將此類時滯混沌系統電路應用到非線性電路的實驗教學中，能夠增 加對非線性電路設計的直觀性，並且此類混沌系統電路在保密通信領域具有很好的應用前 旦 -5^ 〇
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種混沌系統電路，利用其系統輸出信號的編碼和解碼技術 可以實現混沌信號的保密通信，此外，該混沌系統電路同樣可以應用於非線性電路教學實 驗。
[0005] 本發明採用的技術方案為：
[0006] 含有時滯項的四維混沌系統電路，該電路由四個通道電路組成：第一通道電路由 乘法器A1、反相器U1A、反相器U2A、反相積分器U3A、時滯單元以及電阻Rl、R2、R3、R4、R5、 R6、R7和R8組成，第二通道電路由乘法器A2、反相器U4A、反相積分器U5A以及電阻R9、R10、 Rl 1和R12組成，第三通道電路由乘法器A3、反相器U6A、反相積分器U7A以及電阻R13、R14、 R15、R16和R17組成，第四通道電路由乘法器A4、乘法器A5、反相器U9A、反相積分器U10A 以及電阻R18、R19、R20和R21組成；第一通道電路的輸出信號反饋到輸入端，一端連接電 阻R4和時滯單元作為一路輸入信號，另一端連接電阻R8作為另一路輸入信號，該輸出信號 還分別作為第二通道電路中的乘法器A2、第三通道電路中的乘法器A3以及第四通道電路 中的乘法器A5的一路輸入信號；第二通道電路的輸出信號反饋到輸入端，連接電阻R9作為 一路輸入信號，該輸出信號還分別作為第一通道電路中的乘法器A1、第三通道電路中的乘 法器A3以及第四通道電路中的乘法器A4的一路輸入信號；第三通道電路的輸出信號反饋 到輸入端，連接電阻R16作為一路輸入信號，還分別作為第一通道電路中的乘法器A1和第 二通道電路中的乘法器A2中的一路輸入信號，該輸出信號還分別連接乘法器A4和A5作用 於第四通道；第四通道電路的輸出信號反饋到輸入端與第三通道電路中的電阻R15相連作 為一路輸入信號，該輸出信號還與第一通道中的電阻R5相連作為一路輸入信號。
[0007] 所述反相積分器包括反相器和電路單元，當電路單元為單個電容時，所述四維混 沌系統電路為四維整數階混沌系統電路；當電路單元由若干個電阻電容並聯電路相互混合 連接形成時，所述四維混沌系統電路為四維分數階混沌系統電路。由於分數階電路單元的 階數為0. 90-0. 99,則形成了十種含有時滯項的四維分數階混沌系統電路，第一通道電路中 分數階反相積分器U3A輸出為X信號；第二通道電路中分數階反相積分器U5A輸出為Y信 號；第三通道電路中分數階反相積分器U7A輸出為Z信號；第四通道電路中分數階反相積 分器U10A輸出為W信號。
[0008] 所述時滯單元包含兩個反相器、兩個電阻以及十個T型LCL濾波器，其中T型LCL 濾波器是由兩個電感和一個電容兩兩並聯組成，每個電感均為9. 5mH，電容均為525nF，輸 入信號先通過一個反相器，再連接一個1ΚΩ的電阻，然後與十個T型LCL濾波器串聯後再 連接一個1ΚΩ的電阻，最後通過另一個反相器將信號輸出。
[0009] 本發明設計了新型的分數階電路單元，成功實現了分數階階數為0. 90至0. 99的 電路單元，並利用模擬電路實現了十一種混沌系統時滯電路，每種混沌系統電路都具有各 自的混沌動力學行為，因此，此類混沌系統具有複雜的動力學特性，若將該系統的輸出信號 利用於保密通信領域，可大大提高保密性。本發明的優點在於：（1)在傳統混沌系統電路的 基礎上加入了時滯單元，並將其擴展到分數階領域，更具有實際研究價值；（2)本發明中的 系統電路具有複雜的非線性動力學特性，可以利用該信號的編碼和解碼技術實現混沌信號 的保密通信。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發明的原理電路圖；
[0011] 圖2為整數階混沌系統電路圖；
[0012] 圖3為時滯單元結構圖；
[0013] 圖4為分數階階數為0. 90的電路單元結構圖；
[0014] 圖5為分數階階數為0. 91的電路單元結構圖；
[0015] 圖6為分數階階數為0. 92的電路單元結構圖；
[0016] 圖7為分數階階數為0. 93的電路單元結構圖；
[0017] 圖8為分數階階數為0. 94的電路單元結構圖；
[0018] 圖9為分數階階數為0. 95的電路單元結構圖；
[0019] 圖10為分數階階數為0. 96的電路單元結構圖；
[0020] 圖11為分數階階數為0. 97的電路單元結構圖；
[0021] 圖12為分數階階數為0. 98的電路單元結構圖；
[0022] 圖13為分數階階數為0. 99的電路單元結構圖；
[0023] 圖14為整數階混沌系統電路X-Y相平面圖；
[0024] 圖15為分數階階數為0. 90的混沛系統電路X-Y相平面圖；
[0025] 圖16為分數階階數為0. 91的混沛系統電路X-Y相平面圖；
[0026] 圖17為分數階階數為0. 92的混沌系統電路X-Y相平面圖；
[0027] 圖18為分數階階數為0. 93的混沌系統電路X-Y相平面圖；
[0028] 圖19為分數階階數為0. 94的混沌系統電路Χ-Υ相平面圖；
[0029] 圖20為分數階階數為0. 95的混沌系統電路Χ-Υ相平面圖；
[0030] 圖21為分數階階數為0. 96的混沌系統電路Χ-Υ相平面圖；
[0031] 圖22為分數階階數為0. 97的混沌系統電路Χ-Υ相平面圖；
[0032] 圖23為分數階階數為0. 98的混沛系統電路Χ-Υ相平面圖；
[0033] 圖24為分數階階數為0. 99的混沛系統電路Χ-Υ相平面圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合附圖和具體實施對本發明作進一步詳細說明。
[0035] 本發明所涉及的數學模型如下：
[0036]
【權利要求】
1. 含有時滯項的四維混沌系統電路，其特徵在於：該電路由四個通道電路組成：第一 通道電路由乘法器A1、反相器U1A、反相器U2A、反相積分器U3A、時滯單元以及電阻R1、R2、 R3、R4、R5、R6、R7和R8組成，第二通道電路由乘法器A2、反相器U4A、反相積分器U5A以及 電阻R9、R10、R11和R12組成，第三通道電路由乘法器A3、反相器U6A、反相積分器U7A以及 電阻R13、R14、R15、R16和R17組成，第四通道電路由乘法器A4、乘法器A5、反相器U9A、反 相積分器U10A以及電阻R18、R19、R20和R21組成； 第一通道電路的輸出信號反饋到輸入端，一端連接電阻R4和時滯單元作為一路輸入 信號，另一端連接電阻R8作為另一路輸入信號，該輸出信號還分別作為第二通道電路中的 乘法器A2、第三通道電路中的乘法器A3以及第四通道電路中的乘法器A5的一路輸入信 號； 第二通道電路的輸出信號反饋到輸入端，連接電阻R9作為一路輸入信號，該輸出信號 還分別作為第一通道電路中的乘法器A1、第三通道電路中的乘法器A3以及第四通道電路 中的乘法器A4的一路輸入信號； 第三通道電路的輸出信號反饋到輸入端，連接電阻R16作為一路輸入信號，還分別作 為第一通道電路中的乘法器A1和第二通道電路中的乘法器A2中的一路輸入信號，該輸出 信號還分別連接乘法器A4和A5作用於第四通道； 第四通道電路的輸出信號反饋到輸入端與第三通道電路中的電阻R15相連作為一路 輸入信號，該輸出信號還與第一通道中的電阻R5相連作為一路輸入信號。
2. 根據權利要求1所述的含有時滯項的四維混沌系統電路，其特徵在於：所述反相積 分器包括反相器和電路單元，當電路單元為單個電容時，所述四維混沌系統電路為整數階 混沌系統電路；當電路單元由若干個電阻電容並聯電路相互混合連接形成時，所述四維混 沛系統電路為分數階混沛系統電路。
3. 根據權利要求1或2所述的含有時滯項的四維混沌系統電路，其特徵在於：所述時 滯單元包含兩個反相器、兩個電阻以及十個T型LCL濾波器，其中T型LCL濾波器是由兩個 電感和一個電容兩兩並聯組成，每個電感均為9. 5mH，電容均為525nF，輸入信號先通過一 個反相器，再連接一個1ΚΩ的電阻，然後與十個T型LCL濾波器串聯後再連接一個1ΚΩ的 電阻，最後通過另一個反相器將信號輸出。
4. 根據權利要求3所述的含有時滯項的四維混沌系統電路，其特徵在於：所述的分數 階階數為〇. 90-0. 99。
5. 根據權利要求4所述的含有時滯項的四維混沌系統電路，其特徵在於：當所述 的分數階階數為〇. 90時，電路單元中的電阻和電容值分別為：0. 2596ΜΩ、2. 9047ΜΩ、 2· 9010ΜΩ、59· 9250ΜΩ、〇· 9362 μ F、0. 2230 μ F、2. 0969 μ F 和 0· 2251 μ F ; 當所述的分數階階數為0.91時，電路單元中的電阻和電容值分別為：0. 1295ΜΩ、 1. 8354ΜΩ、2· 3330ΜΩ、64· 1137ΜΩ、〇· 90312μ F、0. 2048μ F、2. 0209μ F 和 0· 2142μ F ; 當所述的分數階階數為0.92時，電路單元中的電阻和電容值分別為：0. 0561ΜΩ、 14. 5312ΜΩ、〇· 0705ΜΩ、54· 5843ΜΩ、〇· 8206μ F、0. 1701 μ F、2. 2605μ F 和 0· 4311 μ F ; 當所述的分數階階數為0.93時，電路單元中的電阻和電容值分別為：10. 8112ΜΩ、 61. 6349ΜΩ、〇· 0219ΜΩ、〇· 9501 μ F、0. 3579μ F和 3· 4185μ F ; 當所述的分數階階數為0.94時，電路單元中的電阻和電容值分別為：6. 9540ΜΩ、 68. 9012ΜΩ、〇· 0076ΜΩ、〇· 9120μ F、0. 3018μ F 和 3· 3059μ F ; 當所述的分數階階數為0.95時，電路單元中的電阻和電容值分別為：3. 5466ΜΩ、 75. 8888ΜΩ、〇· 0017ΜΩ、〇· 8745μ F、0. 2615μ F 和 3· 2007μ F ; 當所述的分數階階數為0.96時，電路單元中的電阻和電容值分別為：1. 2188ΜΩ、 81. 9533M Ω、〇· 0002M Ω、〇· 8390 μ F、0. 2335 μ F 和 3. 0946 μ F ; 當所述的分數階階數為0.97時，電路單元中的電阻和電容值分別為：914. 102 Ω、 9· 3303Μ Ω、〇· 8045 μ F 和 0· 2159 μ F ; 當所述的分數階階數為0.98時，電路單元中的電阻和電容值分別為：0. 0044ΜΩ、 91. 1831ΜΩ、〇· 7710 μ F 和 0· 2043 μ F ; 當所述的分數階階數為0.99時，電路單元中的電阻和電容值分別為：0.046107 Ω、 95. 5402M Ω、〇· 7386 μ F 和 0· 1931 μ F。
【文檔編號】H04L9/00GK104301090SQ201410512490
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】閔富紅, 黃雯迪, 王恩榮 申請人:南京師範大學