基于FPGA技术的多涡卷混沌信号发生器的研究

论文摘要

多涡卷混沌与超混沌吸引子是近年来混沌研究领域的一个热点课题，在信息科学、保密通信和其它工程领域有较好的应用前景。在目前国内外的许多相关文献中，主要是报道用分立元件设计模拟电路来产生模拟混沌信号，而有关用现代数字信号处理技术来研究和实现连续混沌系统的报道却很少。本论文首先在第一章总体上介绍了本课题的研究背景和研究历程，并在第二章具体地解释了混沌的一些基本概念。由于本论文所论述的混沌信号发生器是基于FPGA平台的，所以在第三章我们简要地介绍了FPGA的基本概念和FPGA开发中所用到的一系列软件开发平台。最后，在深入了解现阶段国内外相关学术文献的基础上，用第四章和第五章两个章节重点地介绍了一种基于FPGA平台的混沌信号发生器的软硬件设计方法。本方法可以产生混沌保密通信系统所需要的各种混沌信号。众所周知，现代数字信号处理技术都是针对离散数字系统的。为了用FPGA技术产生混沌信号，我们提出对连续混沌系统进行离散化处理和变量比例变换的新方法，从而使离散化后的混沌系统便于FPGA的实现。在此基础上，本文主要以网格状Jerk混沌系统为典型实例，给出了用现代FPGA技术产生网格状多涡卷Jerk混沌吸引子和其它典型混沌吸引子的实验结果。需要强调的是，这种基于FPGA的数字设计方法可以推广到Lorenz系统、Chen系统、Lü系统、Chua系统等其它的一些连续混沌系统中，因而具有一般的通用性。本文的创新点在于提出了一种将连续混沌系统离散化的方法，并在此理论基础上用FPGA平台完成了混沌信号发生器的设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外混沌保密通信研究的现状
• 1.3 本课题研究背景和研究的经历
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 1.5 小结
• 第二章 混沌的基本理论
• 2.1 混沌的由来
• 2.2 混沌的定义
• 2.3 混沌的基本特征
• 2.3.1 确定性系统中的内在随机性
• 2.3.2 对初始条件的高度敏感性
• 2.3.3 正的Lyapunov指数
• 2.4 通向混沌的道路
• 2.4.1 准周期道路
• 2.4.2 倍周期分岔道路
• 2.4.3 阵发混沌道路
• 2.5 奇异吸引子
• 2.6 小结
• 第三章 现代FPGA设计技术
• 3.1 FPGA的基本概念
• 3.2 FPGA在ASIC市场中的角色
• 3.3 FPGA的基本类型
• 3.4 常用的FPGA开发工具
• 3.4.1 设计输入工具
• 3.4.2 综合工具
• 3.4.3 仿真工具
• 3.4.4 系统级设计环境
• 3.5 小结
• 第四章 连续混沌系统的离散化
• 4.1 连续系统离散化
• 4.2 N-阶无量纲连续时间混沌状态方程的离散化
• 4.3 五阶jerk混沌系统的离散化
• 4.3.1 五阶jerk混沌系统
• 4.3.2 五阶jerk混沌系统的离散化
• 4.4 小结
• 第五章 用FPGA设计方法产生多涡卷混沌吸引子
• 5.1 硬件平台
• 5.2 软件平台
• 5.2.1 DSPBUILDER 5.0
• 5.2.2 MODELSIM 6.0
• 5.2.3 QUARTUS Ⅱ 5.0
• 5.3 设计流程
• 5.3.1 DSPBUILDER建模设计和仿真
• 5.3.2 MODELSIM仿真
• 5.3.3 修改HDL源程序
• 5.3.4 QUARTUS Ⅱ环境下的时序仿真和配置
• 5.3.5 实验结果
• 5.4 其它典型混沌系统的FPGA实现
• 5.4.1 蔡式电路（Chua's Circuit）
• 5.4.2 Lorenz系统
• 5.4.3 Chen系统
• 5.4.4 Lü系统
• 5.4.5 Jerk系统
• 5.4.6 四阶蔡氏超混沌系统（MCK系统）
• 5.5 小结
• 结束语
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢