宽频谱混沌系统的电路实现及研究

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1、学校代码10530学号201510171765分类号TN43密级公开硕士学位论文宽频谱混沌系统的电路实现及研究学位申请人廖松愉指导教师李志军教授学院名称信息工程学院学科专业电气工程研究方向电工理论与新技术二〇一八年六月六日ResearchandImplementationofChaoticSystemCircuitWithWideSpectrumFrequencyCandidateLiaoSongyuSupervisorProfessorLiZhijunCollegeTheCollegeofInformationEngineeringProgramElectricalEngin

2、eeringSpecializationElectricalTheoryandNewTechnologyDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune6,2018湘潭大学硕士学位论文摘要自从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

3、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（StateControlledCellularNeuralNetwork）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-C

4、NN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

5、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。关键词：混沌电路；多涡卷混沌系统；非线性电路；集成混沌电路；超混沌系统I湘潭大学硕士学位论文AbstractSincetheAmericanmeteorologistLorenzdiscoveredthefirstchaoticsystemin1963,

6、chaoshasbecomeahottopicinengineeringresearch.Duetoitscomplexdynamics,itcanbewidelyusedinchaoticencryption,imageprocessing,imagecompressionandcommunicationsystems.Inrecentyears,withthedevelopmentofelectronictechnology,therealizationofanaloghardwarecircuitshasfurtherpromotedtheoryandtheapplica

7、tionofchaoticsystems.Inthefieldofengineering,however,therangeoffrequencyspectrumofsignalshasbeenimproved.Whilethespectrumofsignalsgeneratedfromtraditionalchaoticcircuitscan’tmeettheneedsofapplications.Thechaoticcircuitrealizedbycurrenttransmitters,