CN107359981A

CN107359981A - 一种五维超混沌系统模拟电路

Info

Publication number: CN107359981A
Application number: CN201710686131.3A
Authority: CN
Inventors: 王震; 雷腾飞; 惠小健; 章培军
Original assignee: Xijing University
Current assignee: Xijing University
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2017-11-17

Abstract

一种五维超混沌系统模拟电路，第一通道的输出信号‑x连接第一通道的信号输入，第一通道的前一级输出信号x连接第二通道中的乘法器A1、第二通道信号输入端和第三通道的乘法器A2；第二通道的输出信号‑y连接第二通道的信号输入和第四通道中乘法器A3，第二通道的前一级输出信号y连接第一通道信号输入、第三通道乘法器A和第五通道的信号输入端；第三通道的输出信号‑z连接第二通道中乘法器A1和第三通道的信号输入端；第三通道前一级输出信号z连接第四通道的乘法器A3；第四通道的前一级输出信号w连接第一通道的信号输入端和第四通道的信号输入端；第五通道的前一级输出信号u连接第一通道中三角转换器S1；本发明具电路结构较为简单，易实现的优点。

Description

一种五维超混沌系统模拟电路

技术领域

本发明涉及混沌信号发生器,特别涉及一种五维超混沌系统模拟电路。

背景技术

混沌现象在物理、电子、金融以及化学等各领域频频出现。1963 年，美国科学工作者Lorenz提出第一个对混沌模型——lorenz系统，自此，人们对混沌的产生了极大的兴趣，众多科学工作者相继提出众多混沌模型，最为经典的为Chen混沌系统、LV混沌系统，Liu混沌系统等。最近，在中国密码学会2016年混沌保密通信专业委员会学术会议禹思敏教授进一步提出了构造无简并高维混沌系统的重要性以及准则与应用，从侧面可以看出构建高维混沌系统已成为现在混沌领域重要的应用以及研究之一。混沌系统最为直接策略为混沌电路的实现，对于高维混沌系统，研究其电路实现具有重要的理论与实践意义，而且为通信保密系统复杂性设计提供了新的思路。而现有技术中，高维混沌系统由于复杂性，不易设计，电路难以实现。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种五维超混沌系统模拟电路，具有保密性更高、混沌特性较强，解决高维混沌系统因复杂性不易设计电路以及电路实现的问题。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种五维超混沌系统模拟电路，包括第一通道，第二通道，第三通道，第四通道和第五通道；

所述的第一通道的输出信号-x连接第一通道的第二信号输入端，第一通道的前一级输出信号x连接第二通道中的乘法器A1的第二输入引脚、第二通道第一信号输入端和第三通道的乘法器A2的第一输入引脚；第二通道的输出信号-y连接第二通道的第二信号输入端和第四通道中乘法器A3的第二输入引脚，第二通道的前一级输出信号y连接第一通道第一信号输入端、第三通道乘法器A2的第二输入引脚和第五通道的信号输入端；第三通道的输出信号-z连接第二通道中乘法器A1的第一输入引脚和第三通道的信号输入端；第三通道前一级输出信号z连接第四通道的乘法器A3的第一输入引脚；第四通道的前一级输出信号w连接第一通道的第三信号输入端和第四通道的信号输入端；第五通道的前一级输出信号u连接第一通道中三角转换器S1的输入引脚。

所述的第一通道包括反相器U1，反相器U1的2引脚接电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14以及电阻R15的一端，电阻R11的另一端连接前一级输出信号y，电阻R12另一端连接输出信号-x，电阻R13 另一端连接前一级输出信号w，电阻R14的另一端连接转换器S1，电阻R15的另一端连接反相器U1的6引脚和电阻R16的一端；电阻R16的另一端连接反相积分器U3的2引脚和电容C1一端，电容C1另一端连接反相积分器U3的6引脚和电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接反相器U2的2引和电阻R18一端，电阻R18另一端连接反相器U2的6引脚；反相器U1的3引脚、反相器的U2的3引脚与反相积分器U3的3引脚接地；反相器U1的4引脚、反相器U2的4引脚与反相积分器U3的4引脚接VDD(负电压)，反相器U1的7引脚、反相器U2的7引脚与反相积分器U3的7引脚接VCC(正电压)；反相器U2的输出端为信号-x，反相积分器U3的输出端为信号x。

所述的第二通道包括反相器U4，反相器U4的2引脚接电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24以及电阻R28的一端，电阻R21的另一端连接乘法器A1的输出端，电阻R22的另一端连接输出信号x，电阻R23的另一端连接输出信号-y，电阻R28的另一端连接输出信号-u；电阻R24 的另一端连接反相器U4的6引脚和电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接反相积分器U6的2引脚和电容C2的一端，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚和电阻R26的一端，电阻R26的另一点反相器U5的2 引脚和电阻R27一端，电阻R27另一端连接反相器U5的6引脚；反相放大器U4的3引脚、反相放大器U5的3引脚与反相积分器U6的3引脚接地；反相器U4的4引脚、反相器U5的4引脚与反相积分器U6的4引脚接VDD (负电压)，反相器U4的7引脚、反相器U5的7引脚与反相积分器U6的7 引脚接VCC(正电压)，第二通道反相器U5的输出端信号为-y，第二通道反相积分器U6的输出端为信号y。

所述的第三通道包括反相器U7，反相器U7的的2引脚连接电阻R31、电阻R32和电阻R34的一端，电阻R31的另一端连接乘法器A2输出端，电阻R32的另一端连接输出信号-z，电阻R34的另一端连接反相器U7的引脚6和电阻R35的一端，电阻R35的另一端连接反相积分器U9的2引脚和电容C3的一端，电容C3的另一端连接反相积分器U9的6引脚和电阻 R36的一端，电阻R36的另一端反相器U8的2引脚和电阻R38一端，电阻 R38另一端反相器U8的6引脚；反相放大器U7的3引脚、反相放大器U8 的3引脚与反相积分器U9的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相器U8 的4引脚与反相积分器U9的4引脚接VDD(负电压)，反相器U7的7引脚、反相器U8的7引脚与反相积分器U9的7引脚接VCC(正电压)，第三通道反相器U8的输出端信号是-z，第三通道反相积分器U9的输出端是信号 z。

所述的第四通道包括反相器U10，反相器U10的2引脚分别连接电阻R41、电阻R4和电阻R43的一端，电阻R41连接输出信号w，电阻R42另一端连接乘法器A3的输出引脚，电阻R43的另一端连接反相器U10的引脚6和电阻R44的一端，电阻R44的另一端连接反相积分器U12的2引脚和电容C4的一端，电容C4的另一端反相积分器U12的6引脚和电阻R45的一端，电阻R45另一端连接反相器 U11的2引脚和电阻R47一端，电阻R47另一端连接反相器U11的 6引脚；反相器U10的3引脚、反相器U11的3引脚接地与反相积分器U12的3引脚接地；反相器U10的4引脚、反相器U11的4引脚以及反相积分器U12的4引脚接VDD(负电压)，反相器U10的7引脚、反相器U11的7引脚以及反相器积分U12的7引脚接VCC(正电压)，第四通道反相器U11的输出端信号是-w，第四通道反相积分器U12的输出端是信号w。

所述的第五通道包括反相器U13，反相器U13的2引脚连接电阻R51和电阻R52的一端，电阻R51的另一端连接输出信号y，电阻R52的另一端连接反相器U13的引脚6和电阻R53的一端，电阻 R53的另一端连接反相积分器U15的2引脚和电容C5的一端，电容 C5的另一端连接反相积分器U15的6引脚和电阻R54的一端，电阻 R54的另一端连接反相器U14的2引脚和电阻R55一端，电阻R55 另一端连接反相器U14的6引脚；反相器U13的3引脚、反相器U14的3引脚接地与反相积分器U15的3引脚接地；反相器U13的4引脚、反相器U14的4引脚以及反相积分器U15的4引脚接VDD(负电压)，反相器U13的7引脚、反相器U14的7引脚以及反相器积分 U15的7引脚接VCC(正电压)，第四通道反相器U14的输出端信号是-u，第四通道反相积分器U15的输出端是信号u。

所述的反相器U1、反相器U2、反相积分器U3、反相器U4、反相器U5、反相积分器U6、反相器U7、反相器U8、反相积分器U9、反相器U10、反相器U11、反相积分器U12、反相器U13、反相器 U14与反相积分器U15采用运放器LM741。

所述的乘法器A1、乘法器A2以及乘法器A3采用乘法器AD633。

所述的三角转换器S1采用乘法器AD639。

所述的第一通道中电阻R11＝10kΩ，电阻R12＝10kΩ，电阻 R13＝100KΩ，电阻R14＝100KΩ，电阻R16＝1KΩ，电阻R17＝10KΩ，电阻R18＝10KΩ，电容C1＝0.1μF；第二通道中电阻R21＝1KΩ，电阻 R22＝100KΩ，电阻R23＝3.5KΩ，电阻R28＝100KΩ，电阻R24＝10KΩ，电阻R25＝1KΩ，电阻R26＝10KΩ,电阻R27＝10KΩ,电容C2＝0.1μF；第三通道中电阻R31＝1KΩ，电阻R32＝33.3KΩ，电阻R34＝10KΩ，电阻R35＝1KΩ，电阻R36＝1KΩ，电阻R38＝1KΩ，电容C3＝0.1μF；第四通道中电阻R41＝100KΩ，电阻R42＝1KΩ，电阻R43＝10KΩ，电阻 R44＝1KΩ，电阻R45＝10KΩ，电阻R47＝10KΩ,电容C4＝0.1μF，；第五通道中电阻R51＝20KΩ，电阻R52＝10KΩ，电阻R53＝1KΩ，电阻 R54＝1KΩ，电阻R55＝1KΩ，电容C5＝0.1μF，VCC＝15V，VDD＝-15V。

本发明的有益效果：

本发明的在泰克示波器上即可观察出x-y，x-z，y-z，x-w，y-w， z-w,x-u，y-u，z-u,w-u,相图，具有电路结构较为简单，易实现，适用于大学电路实验中高维非线性电路教学以及高维机电耦合系统控制研究，实现保密性更高、混沌特性较强。

附图说明

图1是本发明的电路图。

图2是图1的x-y输出相图。

图3是图1的x-z输出相图。

图4是图1的y-z输出相图。

图5是图1的x-w输出相图。

图6是图1的y-w输出相图。

图7是图1的z-w输出相图。

图8是图1的x-u输出相图。

图9是图1的y-u输出相图。

图10是图1的z-u输出相图。

图11是图1的w-u输出相图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。

参照图1，一种五维超混沌系统模拟电路，包括第一通道，第二通道，第三通道，第四通道和第五通道；

所述的乘法器A1、乘法器A2以及乘法器A3采用乘法器AD633。

所述的三角转换器S1采用乘法器AD639。

本发明的工作原理为：

本发明涉及一种新五维超混沌系统，因该系统含有两个LE指数大于0即成为超混沌系统，高维性与超混沌特性使得该混沌电路的应用较为广泛。因系统的高维性，若将该电路的输出信号作为载波信号，与目标信号通过相关算法调制，即可到达通信保密的效果特别好。本发明涉及的无量纲数学模型如下：

式(1)中，x,y,z,w,u为状态变量，a,b,c,d为方程的参数。选取 a＝10,b＝3,c＝28,d＝5时，系统(1)即新五维超混沌系统，此时本发明的振荡电路的方程为：

本发明所涉及的电路由第一、第二、第三，第四以及第五通道的电路组成，第一、第二、第三、第四以及第五通道的电路分别实现了式(2)中的第一、第二、第三，第四与第五表达式。反相积分器与反相器采用LM741，模拟乘法器采用AD633时，三角转换器器采用AD639，电路输出的相图见图2、图3、图4,图5，图6、图7、图8、图9、图10、图11，图2至图11反映出了五维系统模拟电路的混沌特性，从一定意义上增加混沌的种类，为混沌系统应用于保密以及信号机电耦合系统控制提供了新的思路。

Claims

1.一种五维超混沌系统模拟电路，其特征在于，包括第一通道，第二通道，第三通道，第四通道和第五通道；

2.根据权利要求1所述的一种五维超混沌系统模拟电路，其特征在于，所述的第一通道包括反相器U1，反相器U1的2引脚接电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14以及电阻R15的一端，电阻R11的另一端连接前一级输出信号y，电阻R12另一端连接输出信号-x，电阻R13另一端连接前一级输出信号w，电阻R14的另一端连接转换器S1，电阻R15的另一端连接反相器U1的6引脚和电阻R16的一端；电阻R16的另一端连接反相积分器U3的2引脚和电容C1一端，电容C1另一端连接反相积分器U3的6引脚和电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接反相器U2的2引和电阻R18一端，电阻R18另一端连接反相器U2的6引脚；反相器U1的3引脚、反相器的U2的3引脚与反相积分器U3的3引脚接地；反相器U1的4引脚、反相器U2的4引脚与反相积分器U3的4引脚接VDD(负电压)，反相器U1的7引脚、反相器U2的7引脚与反相积分器U3的7引脚接VCC(正电压)；反相器U2的输出端为信号-x，反相积分器U3的输出端为信号x；

所述的第二通道包括反相器U4，反相器U4的2引脚接电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24以及电阻R28的一端，电阻R21的另一端连接乘法器A1的输出端，电阻R22的另一端连接输出信号x，电阻R23的另一端连接输出信号-y，电阻R28的另一端连接输出信号-u；电阻R24的另一端连接反相器U4的6引脚和电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接反相积分器U6的2引脚和电容C2的一端，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚和电阻R26的一端，电阻R26的另一点反相器U5的2引脚和电阻R27一端，电阻R27另一端连接反相器U5的6引脚；反相放大器U4的3引脚、反相放大器U5的3引脚与反相积分器U6的3引脚接地；反相器U4的4引脚、反相器U5的4引脚与反相积分器U6的4引脚接VDD(负电压)，反相器U4的7引脚、反相器U5的7引脚与反相积分器U6的7引脚接VCC(正电压)，第二通道反相器U5的输出端信号为-y，第二通道反相积分器U6的输出端为信号y；

所述的第三通道包括反相器U7，反相器U7的的2引脚连接电阻R31、电阻R32和电阻R34的一端，电阻R31的另一端连接乘法器A2输出端，电阻R32的另一端连接输出信号-z，电阻R34的另一端连接反相器U7的引脚6和电阻R35的一端，电阻R35的另一端连接反相积分器U9的2引脚和电容C3的一端，电容C3的另一端连接反相积分器U9的6引脚和电阻R36的一端，电阻R36的另一端反相器U8的2引脚和电阻R38一端，电阻R38另一端反相器U8的6引脚；反相放大器U7的3引脚、反相放大器U8的3引脚与反相积分器U9的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相器U8的4引脚与反相积分器U9的4引脚接VDD(负电压)，反相器U7的7引脚、反相器U8的7引脚与反相积分器U9的7引脚接VCC(正电压)，第三通道反相器U8的输出端信号是-z，第三通道反相积分器U9的输出端是信号z；

所述的第四通道包括反相器U10，反相器U10的2引脚分别连接电阻R41、电阻R4和电阻R43的一端，电阻R41连接输出信号w，电阻R42另一端连接乘法器A3的输出引脚，电阻R43的另一端连接反相器U10的引脚6和电阻R44的一端，电阻R44的另一端连接反相积分器U12的2引脚和电容C4的一端，电容C4的另一端反相积分器U12的6引脚和电阻R45的一端，电阻R45另一端连接反相器U11的2引脚和电阻R47一端，电阻R47另一端连接反相器U11的6引脚；反相器U10的3引脚、反相器U11的3引脚接地与反相积分器U12的3引脚接地；反相器U10的4引脚、反相器U11的4引脚以及反相积分器U12的4引脚接VDD(负电压)，反相器U10的7引脚、反相器U11的7引脚以及反相器积分U12的7引脚接VCC(正电压)，第四通道反相器U11的输出端信号是-w，第四通道反相积分器U12的输出端是信号w；

所述的第五通道包括反相器U13，反相器U13的2引脚连接电阻R51和电阻R52的一端，电阻R51的另一端连接输出信号y，电阻R52的另一端连接反相器U13的引脚6和电阻R53的一端，电阻R53的另一端连接反相积分器U15的2引脚和电容C5的一端，电容C5的另一端连接反相积分器U15的6引脚和电阻R54的一端，电阻R54的另一端连接反相器U14的2引脚和电阻R55一端，电阻R55另一端连接反相器U14的6引脚；反相器U13的3引脚、反相器U14的3引脚接地与反相积分器U15的3引脚接地；反相器U13的4引脚、反相器U14的4引脚以及反相积分器U15的4引脚接VDD(负电压)，反相器U13的7引脚、反相器U14的7引脚以及反相器积分U15的7引脚接VCC(正电压)，第四通道反相器U14的输出端信号是-u，第四通道反相积分器U15的输出端是信号u。

3.根据权利要求2所述的一种五维超混沌系统模拟电路，其特征在于，所述的反相器U1、反相器U2、反相积分器U3、反相器U4、反相器U5、反相积分器U6、反相器U7、反相器U8、反相积分器U9、反相器U10、反相器U11、反相积分器U12、反相器U13、反相器U14与反相积分器U15采用运放器LM741。

4.根据权利要求2所述的一种五维超混沌系统模拟电路，其特征在于，所述的乘法器A1、乘法器A2以及乘法器A3采用乘法器AD633。

5.根据权利要求2所述的一种五维超混沌系统模拟电路，其特征在于，所述的三角转换器S1采用乘法器AD639。

6.根据权利要求2所述的一种五维超混沌系统模拟电路，其特征在于，所述的第一通道中电阻R11＝10kΩ，电阻R12＝10kΩ，电阻R13＝100KΩ，电阻R14＝100KΩ，电阻R16＝1KΩ，电阻R17＝10KΩ，电阻R18＝10KΩ，电容C1＝0.1μF；第二通道中电阻R21＝1KΩ，电阻R22＝100KΩ，电阻R23＝3.5KΩ，电阻R28＝100KΩ，电阻R24＝10KΩ，电阻R25＝1KΩ，电阻R26＝10KΩ,电阻R27＝10KΩ,电容C2＝0.1μF；第三通道中电阻R31＝1KΩ，电阻R32＝33.3KΩ，电阻R34＝10KΩ，电阻R35＝1KΩ，电阻R36＝1KΩ，电阻R38＝1KΩ，电容C3＝0.1μF；第四通道中电阻R41＝100KΩ，电阻R42＝1KΩ，电阻R43＝10KΩ，电阻R44＝1KΩ，电阻R45＝10KΩ，电阻R47＝10KΩ,电容C4＝0.1μF，；第五通道中电阻R51＝20KΩ，电阻R52＝10KΩ，电阻R53＝1KΩ，电阻R54＝1KΩ，电阻R55＝1KΩ，电容C5＝0.1μF，VCC＝15V，VDD＝-15V。