混沌同步采样控制方法研究及在保密通信中的应用

论文摘要

混沌现象是二十世纪最重要的科学发现和科研热点之一。特别是从二十世纪九十年代起,随着对混沌控制及混沌同步的研究取得了重要突破,混沌同步研究已经成为一项重要课题。由于混沌所具有的非周期性、初值敏感性以及宽频谱等特点,混沌同步的研究成果被广泛的应用到保密通信领域。本文利用理论推导、软件仿真以及电路实现相结合的方法研究了混沌同步控制方法及其在保密通信中的应用,本文主要对以下几个方面进行了研究：首先,针对标度变换后的Lorenz系统进行了数值仿真,证明了变换的有效性以及确认变换后的系统依然是混沌系统。根据变换后的系统方程在Multisim中进行混沌电路的仿真实验,并依据仿真实验的参数搭建了两个Lorenz混沌电路。其次,针对上述两个混沌电路设计了单变量状态反馈控制器。通过Lyapunov方法证明该控制器能够使误差系统渐近稳定,并给出了控制增益的范围。通过数值仿真及电路仿真验证了控制器的有效性。使用电路实现了该控制器,并在该控制器的控制下,通过更换放大器和调节响应系统参数,使两个混沌电路的参数达到匹配,进而两个系统达到了同步。并在此基础上进行了混沌掩盖保密通信实验研究,通过对比加密前的明文、加密后的密文和解密后的明文可以明确保密通信方案的电路实现是很成功的。最后,针对上述Lorenz电路设计了单变量采样控制器。利用处理输入时滞的方法给出并证明了该控制器使误差系统渐近稳定的条件。通过数值仿真证明了所设计控制器有效性。并进行了基于该控制器的混沌掩盖保密通信的数值仿真研究。而后使用C8051F120单片机实现了该控制器,并在其控制下使两个混沌系统达到了同步。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 混沌理论概述
• 1.3 混沌同步控制及混沌保密通信概述
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 Lorenz系统的仿真与电路实现
• 2.1 Lorenz系统描述
• 2.2 Lorenz系统的数值仿真
• 2.3 Lorenz系统的电路仿真及实现
• 2.3.1 电路原理
• 2.3.2 电路搭建及仿真
• 2.3.3 硬件实现
• 2.4 本章小结
• 第3章 单变量状态反馈控制器设计与仿真研究
• 3.1 单变量状态反馈控制器的设计与数值仿真
• 3.2 单变量状态反馈同步控制器的实现
• 3.2.1 单变量状态反馈控制器的Multisim仿真
• 3.2.2 单变量状态反馈控制器的硬件实现
• 3.3 单变量状态反馈同步控制方案在混沌保密通信中的应用研究
• 3.3.1 Multisim电路仿真
• 3.3.2 状态反馈混沌同步保密方案电路实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 Lorenz系统采样同步控制的设计与实现
• 4.1 Lorenz系统采样控制器的设计与仿真研究
• 4.2 Lorenz系统采样控制器的硬件实现
• 4.2.1 硬件电路设计
• 4.2.2 采样控制器的程序实现
• 4.3 采样同步控制方案在混沌保密通信中的应用研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢