混沌信号处理与信息加密传输技术研究

论文摘要

混沌信号处理、混沌信息加密传输技术(保密通信)是混沌学科研究领域的热点之一，在许多工程领域，包括水中兵器领域的武器平台遥控遥测、数据采集与传输，混沌技术得到越来越多的研究和应用。混沌理论与技术研究领域涉及范围极为广泛，并且有很多实际技术问题需要解决。本论文围绕混沌信号处理与保密通信应用方面进行研究，主要研究了混沌系统的控制与同步方法，基于混沌理论的信号处理，水声混沌研究以及混沌技术用于水声保密通信的研究。论文的主要研究成果和创新点包括：1、系统综述了混沌在(保密)通信技术领域的发展过程和现状，在此基础上对现有混沌通信系统进行综合评述，着重点是混沌通信系统的安全性能、硬件实现等问题。2、在对现有混沌系统同步控制方法进行归纳总结的基础上，提出两种同步控制法：一、用于统一混沌系统的投影同步方法；用于不同阶混沌系统的同步控制方法。同时研究了自适应混沌同步控制法及基于观测器的同步控制法。3、基于混沌理论的信号处理技术的迅速发展，提出了一种实用的计算水声信号时间序列的相空间重构参数的快速实用算法。4、在优化领域，提出两种基于混沌技术的优化算法：一、粒子群优化算法(CPSO)；二、差异演化算法(CDE)。由于粒子群优化算法和差异演化算法的应用很广泛，因此所提出的改进方法具有较大的实用价值。5、论述了混沌技术在水声领域研究及应用的进展，重点在水声混沌通信方面。根据有关实验结果，认真讨论了混沌理论用于水声通信的可行性，作为本领域进一步研究工作的基础。6、提出了一种具有良好统计特性的混沌伪随机序列构造方法，以此作为伪随机数发生器(PRNG)，一方面可以用于传统的密码加密领域(如图像混沌密码)。提高加密性能，也可以用于通信系统(如混沌扩频／跳频通信)，提高传输安全性能。7、提出了一种宽间隔混沌跳频序列的构造方法，可作为宽间隔跳频序列的设计指导方法，应用于混沌跳频通信(如低速率的水声远程信息传输)。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混沌保密通信的研究进展
• 1.2.1 混沌从理论到应用的发展
• 1.2.2 混沌保密通信研究的发展概述
• 1.2.3 高速宽带混沌保密通信研究
• 1.2.4 混沌通信系统的安全性能研究
• 1.3 水声混沌通信研究
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 混沌基本理论与通信系统分析
• 2.1 混沌基本理论与混沌特征参数
• 2.1.1 混沌的概念与性质
• 2.1.2 混沌系统的特征参数
• 2.2 混沌系统的控制与同步
• 2.2.1 混沌控制与同步概念
• 2.2.2 混沌控制与同步法
• 2.2.3 混沌反控制
• 2.2.4 分数阶混沌系统的同步与控制
• 2.3 混沌通信系统的分析
• 2.3.1 混沌保密通信的理论依据
• 2.3.2 混沌通信系统与常规通信系统的比较
• 2.3.3 混沌保密通信需要考虑的问题
• 第三章 混沌系统的控制与同步方法
• 3.1 基于自适应技术的混沌同步
• 3.1.1 问题描述与分析
• 3.1.2 数值仿真
• 3.2 基于状态观测器的超混沌同步
• 3.2.1 问题描述与分析
• 3.2.2 数值仿真
• 3.3 基于滑模变结构控制的混沌及超混沌同步
• 3.3.1 模型描述
• 3.3.2 数值仿真
• 3.4 不同阶混沌系统的同步
• 3.4.1 问题描述
• 3.4.2 数值仿真
• 3.4.3 通信应用
• 3.4.4 系统仿真
• 3.5 统一混沌系统的投影同步与控制
• 3.5.1 MLCL混沌系统模型
• 3.5.2 MLCL系统的投影同步分析
• 3.5.3 MLCL系统的投影同步控制
• 3.5.4 噪声及参数失配对投影同步控制的影响
• 3.5.5 讨论
• 第四章 相空间重构与混沌优化技术研究
• 4.1 混沌信号处理研究概述
• 4.2 混沌时间序列信号的建模与预测
• 4.3 非线性时间序列的相空间重构
• 4.3.1 基于FNN的嵌入维算法
• 4.3.2 仿真数据与实验数据验证
• 4.3.3 小结
• 4.4 基于混沌理论的差异演化算法
• 4.4.1 DE算法的基本原理
• 4.4.2 基于混沌理论的DE算法
• 4.4.3 仿真实例
• 4.4.4 小结
• 4.5 基于混沌理论的粒子群优化算法
• 4.5.1 粒子群优化算法的基本思想
• 4.5.2 基于混沌理论的粒子群优化算法
• 4.5.3 仿真实例
• 4.5.4 算法的优化性能比较
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于混沌理论的水声工程研究
• 5.1 水声领域混沌研究概述
• 5.1.1 舰船辐射噪声的混沌属性研究
• 5.1.2 海洋环境噪声及混响的混沌研究
• 5.1.3 海洋声传播过程中出现的混沌现象
• 5.2 混沌在水声领域中的应用研究
• 5.2.1 混沌理论在水声信号检测、分类和辨识中的应用
• 5.2.2 混沌在海杂波雷达检测中的应用
• 5.3 基于混沌的水声通信研究
• 5.3.1 水声通信环境分析
• 5.3.2 水声通信技术
• 5.3.3 水声通信信号
• 5.3.4 水声混沌通信研究状况
• 5.4 水声混沌通信的可行性考虑
• 5.5 水声混沌通信方案
• 第六章 混沌伪随机序列构造与图像信息加密技术
• 6.1 混沌映射
• 6.2 分段线性混沌映射
• 6.3 Chebyshev混沌映射
• 6.3.1 Chebyshev混沌序列的量化方法
• 6.3.2 Chebyshev量化序列的汉明相关性能
• 6.3.3 Chebyshev量化序列的跳频距离
• 6.4 混沌图像加密应用
• 6.4.1 黑白图像混沌加密
• 6.4.2 灰度图像混沌加密
• 第七章 水声混沌跳频通信技术
• 7.1 水声混沌跳频通信
• 7.2 水声混沌跳频通信方案
• 7.3 水声FH系统仿真
• 7.3.1 跳频图案讨论
• 7.3.2 FH性能仿真
• 第八章 全文总结
• 参考文献
• 攻博期间已发表和录用的学术论文
• 致谢