CN108400864A - 一种分数阶多翅膀混沌信号发生器 - Google Patents

一种分数阶多翅膀混沌信号发生器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分数阶多翅膀混沌信号发生器，包括：基本混沌信号产生电路N1，用于产生切换控制函数f(y)的序列发生器N2，基本混沌信号产生电路N1的输出端分别与序列发生器N2的输入端连接，序列发生器N2的输出端与基本混沌信号产生电路N1的输入端连接。用函数f(y)作为切换控制器来产生分数阶多翅膀混沌信号，其硬件电路的实现更加容易；采用本发明的混沌信号发生器，能产生分数阶多翅膀混沌信号，用于通讯中的加密，其性能更佳。该发明创造可用于混沌通讯技术领域。

Description

一种分数阶多翅膀混沌信号发生器
技术领域
本发明涉及混沌保密通信中所需的混沌电路，具体涉及一种基于切换控制函数的分数阶多翅膀混沌信号发生器。
背景技术
如何产生各种混沌电路并将它们用于混沌保密通信中是近年来非线性电路与系统学科的一个新的研究领域，目前已取得了一些有关的研究成果，如申请号为：200410015517.4，名称为：多螺旋混沌产生器；申请号为：200410052525.6，名称为：一种多折叠环面的混沌电路；申请号为：201410136855.7，名称为：多路图像数字信息混沌加密的方法；但是，现有的混沌信号发生器硬件复杂，加密性不够强。
发明内容
本发明的目的是：提供一种分数阶多翅膀混沌信号发生器，硬件简单，加密性更强。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种分数阶多翅膀混沌信号发生器，包括：基本混沌信号产生电路N1，用于产生切换控制函数f(y)的序列发生器N2，基本混沌信号产生电路N1的输出端分别与序列发生器N2的输入端连接，序列发生器N2的输出端与基本混沌信号产生电路N1的输入端连接。
进一步，所述基本混沌信号产生电路N1包括运算放大器OP1、OP2、OP3，OP26，乘法器MUL1；
运算放大器OP1的输出端分别通过电阻与运算放大器OP1的负输入端，运算放大器OP2的负输入端连接；
运算放大器OP2的输出端分别通过电阻与运算放大器OP26的负输入端，运算放大器OP2的负输入端连接，并与序列发生器N2的输入端相连；
运算放大器OP3的输出端通过电阻与运算放大器OP3的负输入端连接，并与乘法器MUL1的输入端相连；
运算放大器OP26的输出端与乘法器MUL 1的输入端相连；
乘法器MUL1的输出端通过电阻与运算放大器OP1的负输入端连接；
序列发生器N2的输出端通过电阻与运算放大器OP3的负输入端连接；
运算放大器OP1、OP2、OP3、OP26的正输入端均对地连接。
进一步，所述序列发生器N2包括：运算放大器OP4～OP25；
运算放大器OP4的输出端与运算放大器OP4的负输入端连接；运算放大器OP4的输出端与乘法器MUL2的两个输入端连接；
乘法器MUL2的输出端通过电阻与运算放大器OP25的负输入端连接；
运算放大器OP5的输出端分别通过电阻与运算放大器OP5，运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP5的正输入端通过电阻与地连接；运算放大器OP5的负输入端通过电阻与电压连接；
运算放大器OP6的输出端分别通过电阻与运算放大器OP6的负输入端，运算放大器OP5的负输入端连接；
运算放大器OP7的输出端通过电阻与运算放大器OP6的负输入端连接，运算放大器OP7的正输入端与电压连接；
运算放大器OP8的输出端分别通过电阻与运算放大器OP8的负输入端，运算放大器OP5的正输入端连接；
运算放大器OP9的输出端通过电阻与运算放大器OP8的负输入端连接，运算放大器OP9的正输入端与电压连接；
运算放大器OP10的输出端分别通过电阻与运算放大器OP10的负输入端，运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP10的正输入端通过电阻与地连接；运算放大器OP10的负输入端通过电阻与电压连接；
运算放大器OP11的输出端分别通过电阻与运算放大器OP11的负输入端，运算放大器OP10的负输入端连接；
运算放大器OP12的输出端通过电阻与运算放大器OP11的负输入端连接，运算放大器OP12的正输入端与电压连接；
运算放大器OP13的输出端分别通过电阻与运算放大器OP13的负输入端，运算放大器OP10的正输入端连接；
运算放大器OP14的输出端通过电阻与运算放大器OP13的负输入端连接，运算放大器OP14的正输入端与电压连接；
运算放大器OP15的输出端分别通过电阻与运算放大器OP15负输入端，运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP15的正输入端通过电阻与地连接；运算放大器OP15的负输入端通过电阻与电压连接；
运算放大器OP16的输出端分别通过电阻与运算放大器OP16的输入端，运算放大器OP15的负输入端连接；
运算放大器OP17的输出端通过电阻与运算放大器OP16的负输入端连接，运算放大器OP17的正输入端与电压连接；
运算放大器OP18的输出端分别通过电阻与运算放大器OP18的负输入端，运算放大器OP15的正输入端连接；
运算放大器OP19的输出端通过电阻与运算放大器OP18的负输入端连接，运算放大器OP19的正输入端与电压连接；
运算放大器OP20的输出端分别通过电阻与运算放大器OP20的负输入端，运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP20的正输入端通过电阻与地连接；运算放大器OP20的负输入端通过电阻与电压连接；
运算放大器OP21的输出端分别通过电阻与运算放大器OP21的负输入端，运算放大器OP20的负输入端连接；
运算放大器OP22的输出端通过电阻与运算放大器OP21的负输入端连接，运算放大器OP22的正输入端与电压连接；
运算放大器OP23的输出端分别通过电阻与运算放大器OP23的负输入端，运算放大器OP20的正输入端连接；
运算放大器OP24的输出端通过电阻与运算放大器OP23的负输入端连接，运算放大器OP24的正输入端与电压连接；
运算放大器OP6、OP8、OP11、OP13、OP16、OP18、OP21、OP23、OP25的正输入端接地；
基本混沌信号产生电路N1中所述运算放大器OP2的输出端分别与运算放大器OP4、OP7、OP9、OP12、OP14、OP17、OP19、OP22、OP24的负输入端连接；
运算放大器OP25输出端通过电阻与基本混沌信号产生电路N1中所述运算放大器OP3的负输入端连接。
进一步，所述序列发生器N2还包括给序列发生器N2提供延时电压的电源供给端E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9、E10、E11、E12，电源供给端E1、E2、E3、E4分别通过电阻与所述运算放大器OP5、OP10、OP15、OP20的负输入端连接，电源供给端E5、E6、E7、E8、E9、E10、E11、E12分别与所述运算放大器OP7、OP9、OP12、OP14、OP17、OP19、OP22、OP24的正输入端连接。
进一步，所述基本混沌信号产生电路N1、序列发生器N2所采用的电阻均为精密可调的电阻。
进一步，所述序列发生器N2还包括开关K1、K2、K3、K4，开关K1设置在运算放大器OP5的输出端与运算放大器OP25的负输入端之间，开关K2设置在运算放大器OP10的输出端与运算放大器OP25的负输入端之间，开关K3设置在运算放大器OP15的输出端与运算放大器OP25的负输入端之间，开关K4设置在运算放大器OP20的输出端与运算放大器OP25的负输入端之间。
本发明的有益效果是：用函数f(y)作为切换控制器来产生分数阶多翅膀混沌信号，其硬件电路的实现更加容易；采用本发明的混沌信号发生器，能产生分数阶多翅膀混沌信号，用于通讯中的加密，其性能更佳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明创造的发生器的电路连接示意图；
图2是产生切换控制函数f(y)序列发生器N2的电路示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参考图1和图2，一种分数阶多翅膀混沌信号发生器，包括：基本混沌信号产生电路N1，用于产生切换控制函数f(y)的序列发生器N2，基本混沌信号产生电路N1的输出端分别与序列发生器N2的输入端连接，序列发生器N2的输出端与基本混沌信号产生电路N1的输入端连接。
所述基本混沌信号产生电路N1包括运算放大器OP1、OP2、OP3，OP26，乘法器MUL1；其中，所述乘法器MUL1的放大倍数为0.1；
运算放大器OP1的输出端分别通过电阻与运算放大器OP1的负输入端，运算放大器OP2的负输入端连接；其中，运算放大器OP1的输出端依次通过电阻R5，R4，R3与运算放大器OP1的负输入端连接，其中，电阻R3、R4、R5分别并接电容C1、C2、C3。运算放大器OP1的输出端还通过电阻R1与运算放大器OP1的负输入端连接；运算放大器OP1的输出端通过电阻R6与运算放大器OP2的负输入端。
运算放大器OP2的输出端分别通过电阻与运算放大器OP26的负输入端，运算放大器OP2的负输入端连接，并与序列发生器N2的输入端相连；其中，运算放大器OP2的输出端依次通过电阻R10，R9，R8与运算放大器OP2的负输入端连接，其中，电阻R8、R9、R10分别并接电容C4、C5、C6。运算放大器OP2的输出端还通过电阻R58与运算放大器OP26的负输入端连接。
运算放大器OP3的输出端通过电阻与运算放大器OP3的负输入端连接，并与乘法器MUL1的输入端相连；其中，运算放大器OP3的输出端依次通过电阻R15，R14，R13与运算放大器OP3的负输入端连接，其中，电阻R13、R14、R15分别并接电容C7、C8、C9；运算放大器OP3的输出端通过电阻R11与运算放大器OP3的负输入端连接；运算放大器OP3的输出端与乘法器MUL1的输入端连接。
运算放大器OP26的输出端与乘法器MUL1的输入端相连；乘法器MUL1的输出端通过电阻R2与运算放大器OP1的负输入端连接；序列发生器N2的输出端通过电阻R12与运算放大器OP3的负输入端连接；运算放大器OP1、OP2、OP3、OP26的正输入端均对地连接。
所述序列发生器N2包括：运算放大器OP4～OP25，开关K1、K2、K3、K4，给序列发生器N2提供延时电压的电源供给端E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9、E10、E11、E12；
运算放大器OP4的输出端与运算放大器OP4的负输入端连接；运算放大器OP4的输出端与乘法器MUL2的两个输入端连接；乘法器MUL2的输出端通过电阻R16与运算放大器OP25的负输入端连接；
运算放大器OP5的输出端通过电阻R18与运算放大器OP5的负输入端连接，运算放大器OP5的输出端通过电阻R17与开关K1的一端连接，开关K1的另一端与运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP5的正输入端通过电阻R23与地连接；运算放大器OP5的负输入端通过电阻R19与电源供给端E1连接；
运算放大器OP6的输出端通过电阻R20与运算放大器OP6的负输入端连接，运算放大器OP6的输出端通过电阻R22与运算放大器OP5的负输入端连接；
运算放大器OP7的输出端通过电阻R21与运算放大器OP6的负输入端连接，运算放大器OP7的正输入端与电源供给端E5连接；
运算放大器OP8的输出端通过电阻R25与运算放大器OP8的负输入端连接，运算放大器OP8的输出端通过电阻R24与运算放大器OP5的正输入端连接；
运算放大器OP9的输出端通过电阻R26与运算放大器OP8的负输入端连接，运算放大器OP9的正输入端与电源供给端E6连接；
运算放大器OP10的输出端通过电阻R28与运算放大器OP10的负输入端连接，运算放大器OP10的输出端通过电阻R27与开关K2的一端连接，开关K2的另一端与运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP10的正输入端通过电阻R33与地连接；运算放大器OP10的负输入端通过电阻R29与电源供给端E2连接；
运算放大器OP11的输出端通过电阻R30与运算放大器OP11的负输入端连接，运算放大器OP11的输出端通过电阻R32与运算放大器OP10的负输入端连接；
运算放大器OP12的输出端通过电阻R31与运算放大器OP11的负输入端连接，运算放大器OP12的正输入端与电源供给端E7连接；
运算放大器OP13的输出端通过电阻R35与运算放大器OP13的负输入端连接，运算放大器OP13的输出端通过电阻R34与运算放大器OP10的正输入端连接；
运算放大器OP14的输出端通过电阻R36与运算放大器OP13的负输入端连接，运算放大器OP14的正输入端与电源供给端E8连接；
运算放大器OP15的输出端通过电阻R38与运算放大器OP15的负输入端连接，运算放大器OP15的输出端通过电阻R37与开关K3的一端连接，开关K3的另一端与运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP15的正输入端通过电阻R43与地连接；运算放大器OP15的负输入端通过电阻R39与电源供给端E3连接；
运算放大器OP16的输出端通过电阻R40与运算放大器OP16的负输入端连接，运算放大器OP16的输出端通过电阻R42与运算放大器OP15的负输入端连接；
运算放大器OP17的输出端通过电阻R41与运算放大器OP16的负输入端连接，运算放大器OP17的正输入端与电源供给端E9连接；
运算放大器OP18的输出端通过电阻R45与运算放大器OP18的负输入端连接，运算放大器OP18的输出端通过电阻R44与运算放大器OP15的正输入端连接；
运算放大器OP19的输出端通过电阻R46与运算放大器OP18的负输入端连接，运算放大器OP19的正输入端与电源供给端E10连接；
运算放大器OP20的输出端通过电阻R48与运算放大器OP20的负输入端连接，运算放大器OP20的输出端通过电阻R47与开关K4的一端连接，开关K4的另一端与运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP20的正输入端通过电阻R53与地连接；运算放大器OP20的负输入端通过电阻R49与电源供给端E4连接；
运算放大器OP21的输出端通过电阻R50与运算放大器OP21的负输入端连接，运算放大器OP21的输出端通过电阻R52与运算放大器OP20的负输入端连接；
运算放大器OP22的输出端通过电阻R51与运算放大器OP21的负输入端连接，运算放大器OP22的正输入端与电源供给端E11连接；
运算放大器OP23的输出端通过电阻R55与运算放大器OP23的负输入端连接，运算放大器OP23的输出端通过电阻R54与运算放大器OP20的正输入端连接；
运算放大器OP24的输出端通过电阻R56与运算放大器OP23的负输入端连接，运算放大器OP24的正输入端与电源供给端E12连接；
运算放大器OP6、OP8、OP11、OP13、OP16、OP18、OP21、OP23、OP25的正输入端接地；
基本混沌信号产生电路N1中所述运算放大器OP2的输出端分别与运算放大器OP4、OP7、OP9、OP12、OP14、OP17、OP19、OP22、OP24的负输入端连接；
运算放大器OP25输出端通过电阻R12与基本混沌信号产生电路N1中所述运算放大器OP3的负输入端连接。
根据图2，得序列发生器N2的切换控制函数f(y)的数学表达式为
上式中，H0＝560,H1＝17.5,H2＝23.5,H3＝33,H4＝43,C1＝0.25,C2＝0.375,C3＝0.5,C4＝0.625，N＝4；
可得产生三维多涡卷混沌信号的状态方程为下式：
上式中，a＝20，b＝51，c＝14，E＝80，α＝0.9
其中，本实施例的电路元件和电源电压的选择如下：
本发明电路元件和电源电压的选择：图1和图2中所有的运算放大器，型号为TL082，乘法器，型号为AD633。为了便于电路实验，为了保证电阻值的准确性，图1和图2中所有电阻均采用精密可调电阻。
本发明创造的元器件参数表如下，其中，表1为所有电容的容值参数表，表2为所有电阻的阻值参数表，表3为所有的电源供给端提供的延时电压值参数表。
表1(单位：nF)
C1 12.32 C2 18.35 C3 11
C4 12.32 C5 18.35 C6 11
C7 12.32 C8 18.35 C9 11
表2(单位：kΩ)
表3(单位：V)
将上述参数代入本发明创造的信号发生器，通过调节开关K1、K2、K3、K4的开关状态，可得到不同翅膀数的混沌信号，其中，各个开关状态对应的翅膀数如表4所示。
表4
K1 K2 K3 K4 翅膀数量
断开 断开 断开 断开 2
接通 断开 断开 断开 4
接通 接通 断开 断开 6
接通 接通 接通 断开 8
接通 接通 接通 接通 10
本发明创造与已有技术相比的有益效果为：1)用函数f(y)作为切换控制器来产生分数阶多翅膀混沌信号，其硬件电路的实现更加容易；2)采用本发明的混沌信号发生器，能产生分数阶多翅膀混沌信号，用于通讯中的加密，其性能更佳。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种分数阶多翅膀混沌信号发生器，其特征在于，包括：基本混沌信号产生电路N1，用于产生切换控制函数f(y)的序列发生器N2，基本混沌信号产生电路N1的输出端分别与序列发生器N2的输入端连接，序列发生器N2的输出端与基本混沌信号产生电路N1的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种分数阶多翅膀混沌信号发生器，其特征在于：所述基本混沌信号产生电路N1包括运算放大器OP1、OP2、OP3，OP26，乘法器MUL1；
运算放大器OP1的输出端分别通过电阻与运算放大器OP1的负输入端，运算放大器OP2的负输入端连接；
运算放大器OP2的输出端分别通过电阻与运算放大器OP26的负输入端，运算放大器OP2的负输入端连接，并与序列发生器N2的输入端相连；
运算放大器OP3的输出端通过电阻与运算放大器OP3的负输入端连接，并与乘法器MUL1的输入端相连；
运算放大器OP26的输出端与乘法器MUL 1的输入端相连；
乘法器MUL1的输出端通过电阻与运算放大器OP1的负输入端连接；
序列发生器N2的输出端通过电阻与运算放大器OP3的负输入端连接；
运算放大器OP1、OP2、OP3、OP26的正输入端均对地连接。
3.根据权利要求2所述的一种分数阶多翅膀混沌信号发生器，其特征在于：所述序列发生器N2包括：运算放大器OP4～OP25；
运算放大器OP4的输出端与运算放大器OP4的负输入端连接；运算放大器OP4的输出端与乘法器MUL2的两个输入端连接；
乘法器MUL2的输出端通过电阻与运算放大器OP25的负输入端连接；
运算放大器OP5的输出端分别通过电阻与运算放大器OP5，运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP5的正输入端通过电阻与地连接；运算放大器OP5的负输入端通过电阻与电压连接；
运算放大器OP6的输出端分别通过电阻与运算放大器OP6的负输入端，运算放大器OP5的负输入端连接；
运算放大器OP7的输出端通过电阻与运算放大器OP6的负输入端连接，运算放大器OP7的正输入端与电压连接；
运算放大器OP8的输出端分别通过电阻与运算放大器OP8的负输入端，运算放大器OP5的正输入端连接；
运算放大器OP9的输出端通过电阻与运算放大器OP8的负输入端连接，运算放大器OP9的正输入端与电压连接；
运算放大器OP10的输出端分别通过电阻与运算放大器OP10的负输入端，运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP10的正输入端通过电阻与地连接；运算放大器OP10的负输入端通过电阻与电压连接；
运算放大器OP11的输出端分别通过电阻与运算放大器OP11的负输入端，运算放大器OP10的负输入端连接；
运算放大器OP12的输出端通过电阻与运算放大器OP11的负输入端连接，运算放大器OP12的正输入端与电压连接；
运算放大器OP13的输出端分别通过电阻与运算放大器OP13的负输入端，运算放大器OP10的正输入端连接；
运算放大器OP14的输出端通过电阻与运算放大器OP13的负输入端连接，运算放大器OP14的正输入端与电压连接；
运算放大器OP15的输出端分别通过电阻与运算放大器OP15负输入端，运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP15的正输入端通过电阻与地连接；运算放大器OP15的负输入端通过电阻与电压连接；
运算放大器OP16的输出端分别通过电阻与运算放大器OP16的输入端，运算放大器OP15的负输入端连接；
运算放大器OP17的输出端通过电阻与运算放大器OP16的负输入端连接，运算放大器OP17的正输入端与电压连接；
运算放大器OP18的输出端分别通过电阻与运算放大器OP18的负输入端，运算放大器OP15的正输入端连接；
运算放大器OP19的输出端通过电阻与运算放大器OP18的负输入端连接，运算放大器OP19的正输入端与电压连接；
运算放大器OP20的输出端分别通过电阻与运算放大器OP20的负输入端，运算放大器OP25的负输入端连接；运算放大器OP20的正输入端通过电阻与地连接；运算放大器OP20的负输入端通过电阻与电压连接；
运算放大器OP21的输出端分别通过电阻与运算放大器OP21的负输入端，运算放大器OP20的负输入端连接；
运算放大器OP22的输出端通过电阻与运算放大器OP21的负输入端连接，运算放大器OP22的正输入端与电压连接；
运算放大器OP23的输出端分别通过电阻与运算放大器OP23的负输入端，运算放大器OP20的正输入端连接；
运算放大器OP24的输出端通过电阻与运算放大器OP23的负输入端连接，运算放大器OP24的正输入端与电压连接；
运算放大器OP6、OP8、OP11、OP13、OP16、OP18、OP21、OP23、OP25的正输入端接地；
基本混沌信号产生电路N1中所述运算放大器OP2的输出端分别与运算放大器OP4、OP7、OP9、OP12、OP14、OP17、OP19、OP22、OP24的负输入端连接；
运算放大器OP25输出端通过电阻与基本混沌信号产生电路N1中所述运算放大器OP3的负输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种分数阶多翅膀混沌信号发生器，其特征在于：所述序列发生器N2还包括给序列发生器N2提供延时电压的电源供给端E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9、E10、E11、E12，电源供给端E1、E2、E3、E4分别通过电阻与所述运算放大器OP5、OP10、OP15、OP20的负输入端连接，电源供给端E5、E6、E7、E8、E9、E10、E11、E12分别与所述运算放大器OP7、OP9、OP12、OP14、OP17、OP19、OP22、OP24的正输入端连接。
5.根据权利要求3或4所述的一种分数阶多翅膀混沌信号发生器，其特征在于：所述基本混沌信号产生电路N1、序列发生器N2所采用的电阻均为精密可调的电阻。
6.根据权利要求5所述的一种分数阶多翅膀混沌信号发生器，其特征在于：所述序列发生器N2还包括开关K1、K2、K3、K4，开关K1设置在运算放大器OP5的输出端与运算放大器OP25的负输入端之间，开关K2设置在运算放大器OP10的输出端与运算放大器OP25的负输入端之间，开关K3设置在运算放大器OP15的输出端与运算放大器OP25的负输入端之间，开关K4设置在运算放大器OP20的输出端与运算放大器OP25的负输入端之间。
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