一类混沌保密通信系统的同步控制方法研究

论文摘要

混沌是一种特殊复杂的非线性系统,普遍存在于自然界中。它已在生物学、物理学、化学、工程学和信息学等领域得到了广泛的应用。由于混沌系统具有内在的随机性和对初值的极端敏感性等特点,使其被广泛的应用于保密通信、信号处理、图像处理等方面。混沌同步作为保密通信的关键技术,自20世纪90年代以来得到了迅猛的发展,并取得了很多可喜的成果。本文基于状态反馈的思想,设计混沌系统的同步控制器,并在进行保密通信仿真研究的基础上,提出了应用到卫星通信的可实行性。论文的主要研究内容如下：首先,针对统一混沌系统,根据反馈控制思想和Lyapunov稳定性定理,构造状态反馈控制器使得两个异结构的混沌系统实现同步,并且在考虑系统信号传输时延的情况下实现了相同结构混沌系统的滞后同步,所设计的控制器结构简单,控制效果良好。接下来,基于混沌掩盖技术,采用同步的异结构混沌系统构造保密通信系统。数值仿真表明,在接收端有用信号均能有效地恢复出来。其次,针对含有不同状态时延的混沌系统的同步问题进行了研究。当驱动系统和响应系统存在状态时延的情况下设计了状态反馈控制器,实现了时延混沌系统的同步。在考虑系统不确定和干扰的影响下,基于LMI的方法给出了稳定性判定定理,得到了鲁棒控制器的具体控制参数,并将该同步方法应用到混沌保密通信系统中。进一步,针对含有信号传输时延的混沌系统,在考虑不确定和系统扰动存在的情况下,基于LMI的方法设计了同步控制器,给出了稳定性判定定理,得到了鲁棒控制器的具体形式,实现了混沌系统的同步。基于同步平台构建了保密通信系统,采用混沌掩盖的方法实现了信息的保密传输。最后,对本文所做的工作进行了总结,并指出有待进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 混沌现象及混沌系统概述
• 1.2 混沌控制的研究现状
• 1.3 混沌保密通信研究现状及发展趋势
• 1.4 时延混沌同步及在保密通信中的应用研究现状
• 1.5 本文的研究目的及意义
• 1.6 本文的主要工作及内容
• 第2章 混沌同步和保密通信的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 混沌动力学系统的理论基础
• 2.2.1 混沌定义
• 2.2.2 混沌运动的基本特点
• 2.2.3 混沌系统的判断
• 2.3 混沌同步控制基础
• 2.3.1 混沌同步定义
• 2.3.2 同结构和异结构混沌系统分类
• 2.3.3 混沌同步的稳定性分析
• 2.3.4 混沌同步的Lyapunov方法
• 2.4 基于混沌同步的保密通信技术
• 2.4.1 混沌掩盖
• 2.4.2 混沌开关技术
• 2.4.3 混沌调制
• 2.5 本章小结
• 第3章 统一混沌系统同步及其在保密通信中的仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 异结构混沌系统的同步控制
• 3.2.1 异结构混沌系统的同步控制器设计
• 3.2.2 数值仿真验证
• 3.2.3 基于异结构混沌同步的混沌掩盖保密通信系统仿真研究
• 3.3 同结构混沌系统的滞后同步控制方法研究
• 3.3.1 含有传输时延的系统同步控制器设计
• 3.3.2 数值仿真验证
• 3.3.3 基于同结构混沌同步的混沌掩盖保密通信系统仿真研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 状态时延混沌系统鲁棒同步及在保密通信中的仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 含有不同状态时延的混沌系统的同步控制器设计
• 4.3 数值仿真验证
• 4.4 基于同步控制的混沌保密通信系统的仿真研究
• 4.4.1 传输方波信号仿真验证
• 4.4.2 传输正弦波信号仿真验证
• 4.5 本章小结
• 第5章 输入时延混沌系统鲁棒同步及在保密通信中的仿真研究
• 5.1 引言
• 5.2 输入时延系统的反馈控制器设计
• 5.3 数值仿真验证
• 5.4 含有干扰和不确定项的混沌保密通信系统研究
• 5.4.1 传输方波信号仿真验证
• 5.4.2 传输正弦波信号仿真验证
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢