基于混沌电路的信号测量与随机数发生器

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1、浙江大学硕士学位论文摘要本文对混沌测量电路进行了改进和研究，利用几个混沌电路耦合这种方法降低噪声，提高测量系统测量信号的分辨率。实验证明，这种方法是有效的。并且，对不同的耦合方式，即电阻耦合和电容耦合进行了比较。实验结果表明，后者更具优越性。另一方面，我们利用了噪声增加混沌电路的不确定性这一点。设计了一种基于离散混沌系统的随机数发生器．。实验结果表明，由它产生的二进制数具有很好的随机性。关键词：混沌混沌电路符号动力学电容耦合随机数发生器浙江大学硕士学位论文AbstractInordertoimprov

2、ethediscriminationabilityinweaksignalmeasurement，weproposedacouple—basedchaoticcircuitapproach．Preliminaryexperimentsshowedthatthismethodwasfeasibleandeffective．Inexperiments，theresistancecoupledcircuitandthecapacitorcoupledcircuitwereused．Experimentalr

3、esultsofthelatterwasbetterthanthatoftheforn2er,Achaotic—basedrandomnumbergeneratorwasproposedinthesecondpartofthethesis．Althoughwehadtoreducetheinfluenceofnoiseinthemeasurementsystem，wereallymadeuseofthenoiseintherandomnumbergenerator．Asshowedinexperime

4、nts，thebinaryrandomnumbersbuiltbythisgeneratormadegoodrandomicity．Keywords：chaos，chaoticcircuit，symbolicdynamics，capacitancecoupled，randomnumbergenerator2浙江大学硕士学位论文第一章绪论混沌是上世纪重要的科学发现之一。1990年，Ott等人提出混沌控制¨】，Pecora等提出混沌同步【2]以后，混沌应用蓬勃发展起来，应用的范围也从物理学扩太到通信、化学

5、、电子学、生命科学等各个领域。究竟是什么原因使得混沌倍受关注呢?这要从应用的价值说起。混沌是确定系统中产生的一种类似随机的运动。因此混沌运动具有许多通常确定性运动和随机运动所没有的特征，如混沌系统的初值敏感性、混沌轨道长时间内的不可预测性，混沌吸引子内部具有无限层次的自相似结构和混沌信号具有连续功率谱等。这些性质使得混沌在信息科学领域得到广泛应用，如高灵敏度的小信号测量、混沌保密通信【"]、非线性的智能化信息处理等。本课题组自从1996年开始致力子混沌在测量中的研究，经过几年的研究，提出了一些小信号测

6、量方法【6¨¨11，如基于混沌理论的电压测量、频率测量、电阻测量、电容测量、温度测量等。而在实际测量中，由于电路本身对温度的敏感以及会受到外界的噪声干扰，影响到测量精度。为了提高精度，在电路设计和电路实验时采取了一系列措施，如采取对敏感元件的分离，屏蔽，恒温等。为了进一步提高电路的稳定性和测量的精度，叉提出了一种降低噪声的方法【12,13】，即采用电阻耦合降低噪声的办法。本文在以往研究的基础上，改进了测量电路，进一步研究和用实验证明了电阻耦合降低噪声方法的有效性。并且采用了新的耦合降噪方法一电容耦合。

7、和电阻耦合相比，电容耦合具有一定的优越性。本文还在混沌电路基础上，设计了一种简单易实现的随机数发生器，用实验证明了这一方法的可行性，通过作图直观地展现了二进制数的分布情况。并且对实验结果进行了随机性测试。得出的结论是，可以通过调整电路参数，使该随机数发生器的随机分布特性非常好。表明这是一个非常有应用价值的随机数发生器实现方法。浙江大学硕士学位论文第二章混沌应用混淹是一种“极不规则”的信号，如何掌握混淹、利用混沌这是多年来人们一直关注的问题。目前对于混沌现象的研究虽然还未完善，但已经有了许多进展。下面简

8、要的对几个主要的混沌应用领域作一些介绍。2．1混沌控制非线性科学的一个典型应用就是控制非线性动力学系统的混沌行为‘”。对混沌控制的研究基本上出于这两方面考虑的，一是为了消除系统中有害的混沌行为，如混沌运动会使机电系统或者电路产生不规则的振荡，导致系统运动完全偏离目标；另外一方面是利用混沌对微扰的敏感性来企图以微小控制量而获得巨大控制效果。2．2混沌同步1990午，美国海军实验室的Pecora和Carroll提出非线性混沌系统可以通过共同的驱动信号达到同步