CN102195772B

CN102195772B - 双圆盘混沌信号发生器

Info

Publication number: CN102195772B
Application number: CN 201110138674
Authority: CN
Inventors: 李锐; 罗小华; 周围; 梁亦龙; 张镝; 周春山; 陈贵川; 罗明伟; 涂正伟; 李良忠
Original assignee: 李锐
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: CN102195772A

Abstract

本发明涉及一种新型的双圆盘混沌信号发生器，该信号发生器的电路由非线性模块、积分模块和参数设计模块构成。通过非线性模块、积分模块和参数设置模块的共同作用，本双圆盘混沌信号发生器可以产生双圆盘吸引子的混沌信号，本发明的电路建立数学模型相对简单，同时电路实现容易，能够实现双圆盘混沌信号的输出，同时产生的吸引子较为复杂，满足了多种场合的需要。

Description

双圆盘混沌信号发生器

技术领域

本发明涉及混沌技术领域，具体涉及一种双圆盘混沌信号发生器。

背景技术

在Lorenz（洛伦兹）发现第一个混沌吸引子以来，混沌动力学在多个领域取得了重大发展。混沌理论在混沌数字水印、混沌保密通信、混沌控制、信号混沌测量等领域获得了广泛的应用。

近年来在硬件电路中产生涡卷混沌吸引子也取得新的进展。例如在公开号为CN101355417A的中国专利“三阶自治混沌系统”中，廖晓峰、段书凯公开了一种三阶自治混沌系统；在公开号为CN1892732A的中国专利“用于超宽频带通信系统的混沌信号发生器”中，李光斗、杨昌洙等公开了一种包含了第一信号发生器、第二信号发生器、混沌器以及滤波器的用于超宽频带通信系统的混沌信号发生器。

但现在的混沌信号发生器只能相对简单吸引子的混沌信号，不能产生复杂吸引子混沌信号，而多螺旋混沌信号发生器则实现电路复杂。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种吸引子复杂且电路简单的双圆盘混沌信号发生器。

本发明的主要内容是，发明一种双圆盘混沌信号发生器，所述信号发生器的电路状态方程对应的数学模型如下：

Figure 2011101386744100002DEST_PATH_IMAGE001

模型中，x、y、z为状态变量， sgn(z)为符号函数，代表返回状态变量z的整数。

进一步，所述信号发生器的实现电路由非线性模块、积分模块和参数设置模块构成；

所述非线性模块由符号函数电路实现非线性功能；

所述积分模块是根据前述的数学模型由电阻和反相器构成的能实现积分功能；

所述参数设置模块是根据前述的数学模型由电阻和反相器构成能实现特定参数；

进一步，所述非线性模块包括第四反相放大器，所述积分模块包括第二反相放大器、第六反相放大器、第八反相放大器和第一电容、第二电容，所述参数设置模块包括第一反相放大器、第三反相放大器和第七反相放大器；

所述第一反相放大器的输出端通过第四电阻与第二反相放大器的反相端相连接，所述第二反相放大器的输出端通过第五电阻与第三反相放大器的反相端相连接，所述第三反相放大器的输出端通过第十二电阻与第七反相放大器的反相端相连接；第六电阻连接在第三放大器的输出端与反相端之间，第一电容连接在第二放大器的输出端与反相端之间，第三电阻连接在第一放大器的输出端与反相端之间；

所述第一放大器的反相端还通过第一电阻与第四反相放大器的反相端相连接，所述第四反相放大器的输出端通过第一可调电阻与第五反相放大器的反相端相连接，所述第四反相放大器的反相端还通过第二可调电阻与第五反相放大器的反相端相连接，所述第五反相放大器的输出端通过第十电阻与第六反相放大器的反相端相连接，所述第六反相放大器的输出端通过第二电阻与第一反相放大器的反相端相连接，第二电容连接在第六反相放大器的反相端与输出端之间，第九电阻连接在第五反相放大器的反相端与输出端之间；

所述第七反相放大器的反相端通过第十二电阻接入第三反相放大器的输出端，所述第七反相放大器的输出端通过第十四电阻与第八反相放大器的反相端相连接，所述第八反相放大器的输出端与第四反相放大器的反相端相连，且第八反相放大器的输出端还通过第十五电阻与第九反相放大器的反相端相连接，第九反相放大器的输出端通过第十一电阻与第七反相放大器的反相端相连接，第十六电阻连接在第九反相放大器反相端与输出端之间，第三电容连接在第八反相放大器的反相端与输出端之间，第十三电阻连接在第七反相放大器的反相端与输出端之间；

以上所有反相放大器的同相端均接地；

进一步，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻、第六电阻、第九电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第十五电阻的阻值选为10k；所述第四电阻、第十电阻、第十四电阻的阻值选为1k；所述第一电容、第二电容和第三电容的电容值选为100nF，所述第一可变电阻的阻值为168.75k，所述第二可变电阻的阻值为5k。

本发明的有益效果在于：

本发明的电路建立数学模型相对简单，同时电路实现容易，能够实现双圆盘混沌信号的输出，同时产生较为复杂的吸引子，满足了多种场合的需要。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：

图1示出了本发明的结构示意图；

图2示出了本发明的电路图；

图3示出了本发明的非线性模块实现电路；

图4示出了本发明电路输出的X－Y，Y－Z和X－Z方向吸引子。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的实施例进行详细的描述。

参见图1，本实施例的双圆盘混沌信号发生器包括非线性模块、积分模块和参数设置模块；其中，非线性模块对输入信号进行非线性处理，使非线性模块输出信号具有内随机性；

参数设置模块输入信号进行参数调节，使参数设置模块输出信号达到特定参数要求；

积分模块对输入信号进行积分处理，使积分模块输出信号经积分后，输出双圆盘混沌信号。

参见图２，本实施例的双圆盘混沌信号发生器实现电路，其发生器电路状态方程对应的数学模型如下：

模型中，x、y、z为状态变量，sgn(z)为符号函数，代表返回状态变量z的整数。

本实施例中，该电路的具体组成如下：

非线性模块包括第四反相放大器OP4，所述积分模块包括第二反相放大器OP2、第六反相放大器OP6、第八反相放大器OP8和第一电容C1、第二电容C2，所述参数设置模块包括第一反相放大器OP1、第三反相放大器OP3和第七反相放大器OP7；

第一反相放大器OP1的输出端通过第四电阻R4与第二反相放大器OP2的反相端相连接，所述第二反相放大器OP2的输出端通过第五电阻R5与第三反相放大器OP3的反相端相连接，所述第三反相放大器OP3的输出端通过第十二电阻R12与第七反相放大器OP7的反相端相连接；第六电阻R6连接在第三放大器OP3的输出端与反相端之间，第一电容C1连接在第二放大器OP2的输出端与反相端之间，第三电阻R3连接在第一放大器OP1的输出端与反相端之间；

第一放大器OP1的反相端还通过第一电阻R1与第四反相放大器OP4的反相端相连接，所述第四反相放大器OP4的输出端通过第一可调电阻R7与第五反相放大器OP5的反相端相连接，所述第四反相放大器OP4的反相端还通过第二可调电阻R8与第五反相放大器OP5的反相端相连接，所述第五反相放大器OP5的输出端通过第十电阻R10与第六反相放大器OP6的反相端相连接，所述第六反相放大器OP6的输出端通过第二电阻R2与第一反相放大器OP1的反相端相连接，第二电容C2连接在第六反相放大器OP6的反相端与输出端之间，第九电阻R9连接在第五反相放大器OP5的反相端与输出端之间；

所述第七反相放大器OP7的反相端通过第十二电阻R12接入第三反相放大器OP3的输出端，所述第七反相放大器OP7的输出端通过第十四电阻R14与第八反相放大器OP8的反相端相连接，所述第八反相放大器OP8的输出端与第四反相放大器OP4的反相端相连接，且第八反相放大器OP8的输出端还通过第十五电阻R15与第九反相放大器OP9的反相端相连接，第九反相放大器OP9的输出端通过第十一电阻R11与第七反相放大器OP7的反相端相连接，第十六电阻R16连接在第九反相放大器OP9的反相端与输出端之间，第三电容C3连接在第八反相放大器OP8的反相端与输出端之间，第十三电阻R13连接在第七反相放大器OP7的反相端与输出端之间；

以上所有反相放大器的同相端均接地。

本实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6、第九电阻R9、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第十五电阻R15的阻值选为10k；所述第四电阻R4、第十电阻R10、第十四电阻R14的阻值选为1k；所述第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的电容值选为100nF，所述第一可变电阻R7的阻值为168.75k，所述第二可变电阻R8的阻值为5k。

需要说明的是，该取值是发明人经过多次建模和取值试验所得到，并非经过简单的有限次试验所得到，包含了发明人极多的创造性劳动在内。

图3为本实施例的非线性模块实现电路；图4为本实施例电路输出的X－Y，Y－Z和X－Z方向吸引子；从图4中可以看出，本发明的信号发生器输出的信号为双圆盘混沌信号。

本发明的双圆盘混沌信号发生器通过非线性模块的作用，使反馈信号产生内随机性；再通过参数设置模块调节反馈信号达到特定的系统参数；最后由积分模块实现特定的积分功能产生双圆盘混沌信号，通过非线性模块、积分模块和参数设置模块的共同作用，本发明的双圆盘混沌信号发生器可以产生双圆盘吸引子的混沌信号。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.双圆盘混沌信号发生器，其特征在于：所述信号发生器的电路状态方程对应的数学模型如下：

模型中，x、y、z为状态变量，sgn(z)为符号函数，代表返回状态变量z的整数；

所述信号发生器的实现电路由依次连接的非线性模块、积分模块和参数设置模块构成；

所述非线性模块由符号函数电路实现非线性功能，和其他模块共同作用能产生双圆盘混沌信号的电路；

所述积分模块是根据前述的数学模型由电阻、电容和反相器构成的能实现积分功能，和其他模块共同作用能产生双圆盘混沌信号的电路；

所述参数设置模块是根据前述的数学模型由电阻和反相器构成能实现特定参数，和其他模块共同作用能产生双圆盘混沌信号的电路。

2.如权利要求1所述的双圆盘混沌信号发生器，其特征在于：所述非线性模块包括第四反相放大器（OP4），所述积分模块包括第二反相放大器（OP2）、第六反相放大器（OP6）、第八反相放大器（OP8）和第一电容（C1）、第二电容（C2），所述参数设置模块包括第一反相放大器（OP1）、第三反相放大器（OP3）和第七反相放大器（OP7）；

所述第一反相放大器（OP1）的输出端通过第四电阻（R4）与第二反相放大器（OP2）的反相端相连接，所述第二反相放大器（OP2）的输出端通过第五电阻（R5）与第三反相放大器（OP3）的反相端相连接，所述第三反相放大器（OP3）的输出端通过第十二电阻（R12）与第七反相放大器（OP7）的反相端相连接；第六电阻（R6）连接在第三放大器（OP3）的输出端与反相端之间，第一电容（C1）连接在第二放大器（OP2）的输出端与反相端之间，第三电阻（R3）连接在第一放大器（OP1）的输出端与反相端之间；

所述第一放大器（OP1）的反相端还通过第一电阻（R1）与第四反相放大器（OP4）的反相端相连接，所述第四反相放大器（OP4）的输出端通过第一可调电阻（R7）与第五反相放大器（OP5）的反相端相连接，所述第四反相放大器（OP4）的反相端还通过第二可调电阻（R8）与第五反相放大器（OP5）的反相端相连接，所述第五反相放大器（OP5）的输出端通过第十电阻（R10）与第六反相放大器（OP6）的反相端相连接，所述第六反相放大器（OP6）的输出端通过第二电阻（R2）与第一反相放大器（OP1）的反相端相连接，第二电容（C2）连接在第六反相放大器（OP6）的反相端与输出端之间，第九电阻（R9）连接在第五反相放大器（OP5）的反相端与输出端之间；

所述第七反相放大器（OP7）的反相端通过第十二电阻（R12）接入第三反相放大器（OP3）的输出端，所述第七反相放大器（OP7）的输出端通过第十四电阻（R14）与第八反相放大器（OP8）的反相端相连接，所述第八反相放大器（OP8）的输出端与第四反相放大器（OP4）的反相端相连接，且第八反相放大器（OP8）的输出端还通过第十五电阻（R15）与第九反相放大器（OP9）的反相端相连接，第九反相放大器（OP9）的输出端通过第十一电阻（R11）与第七反相放大器（OP7）的反相端相连接，第十六电阻（R16）连接在第九反相放大器（OP9）的反相端与输出端之间，第三电容（C3）连接在第八反相放大器（OP8）的反相端与输出端之间，第十三电阻（R13）连接在第七反相放大器（OP7）的反相端与输出端之间；

以上所有反相放大器的同相端均接地。

3.如权利要求2所述的双圆盘混沌信号发生器，其特征在于：所述第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第九电阻（R9）、第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）和第十五电阻（R15）的阻值选为10k；所述第四电阻（R4）、第十电阻（R10）、第十四电阻（R14）的阻值选为1k；所述第一电容（C1）、第二电容（C2）和第三电容（C3）的电容值选为100nF，所述第一可变电阻的阻值为168.75k，所述第二可变电阻的阻值为5k。