CN108683490B - 一种多涡卷混沌电路 - Google Patents

一种多涡卷混沌电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多涡卷混沌电路，包括：基本混沌信号产生电路N1，用于产生切换控制函数f(x)的序列发生器N2；所述基本混沌信号产生电路N1设有输出端x，所述输出端x用于输出x方向的混沌信号，所述输出端x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；本发明创造的电路能达到一定数量的涡卷，保证通讯的保密程度。同时，电路结构简单，硬件实现容易。该发明创造可用于混沌通讯技术领域。

Description

一种多涡卷混沌电路
技术领域
本发明涉及混沌保密通信中所需的混沌电路，具体涉及一种多涡卷混沌电路。
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，如中国专利申请号：200410015517.4的专利文献公开了一种多螺旋混沌产生器，中国专利申请号：200510086603.9的专利文献公开了一种涡卷混沌信号发生器，中国专利申请号201410136855.7的专利文献公开了多路图像数字信息混沌加密的方法，但多涡卷混沌电路比较少，因此，用于混沌保密通讯还存在局限。
发明内容
本发明的目的是：提供一种混沌信号发生器，使混沌信号发生器硬件更易实现，加密性更强。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种多涡卷混沌电路，包括：基本混沌信号产生电路N1，用于产生切换控制函数f(x)的序列发生器N2；所述基本混沌信号产生电路N1设有输出端x，所述输出端x用于输出x方向的混沌信号，所述输出端x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；其中，所述切换控制函数f(x)的数学表达式为：
或者
其中，N≥1。
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、OP4、OP5、OP6、OP7、OP8、OP9；
运算放大器OP1的输出端分别通过电阻与运算放大器OP1、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OP3、OP4的负输入端连接；运算放大器OP2的输出端通过电容与运算放大器OP2的负输入端连接；
运算放大器OP3的输出端分别通过电阻与运算放大器OP1、OP3的负输入端连接，运算放大器OP3的输出端与所述输出端x连接；
运算放大器OP4的输出端分别通过电阻与运算放大器OP4、OP5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OP1、OP6、OP7的负输入端连接，运算放大器OP5的输出端通过电容与运算放大器OP5的负输入端连接；
运算放大器OP6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OP6的输出端与所述输出端y连接；
运算放大器OP7的输出端分别通过电阻与运算放大器OP7、OP8的负输入端连接；
运算放大器OP8的输出端通过电阻与运算放大器OP9的负输入端连接，运算放大器OP8的输出端通过电容与运算放大器OP8的负输入端连接；
运算放大器OP9的输出端分别通过电阻与运算放大器OP4、OP7、OP9的负输入端连接，运算放大器OP9的输出端与所述输出端z连接；
运算放大器OP1、OP2、OP3、OP4、OP5、OP6、OP7、OP8、OP9的正输入端接地。
进一步，所述序列发生器N2包括：运算放大器OP10、OP11、OP12、OP13、OP14、OP15、OP16、OP17、OP18、OP19、OP20；
运算放大器OP10的输出端分别通过电阻与运算放大器OP10、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP10的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP11的输出端分别通过电阻与运算放大器OP11、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP11的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP12的输出端分别通过电阻与运算放大器OP12、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP12的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP13的输出端分别通过电阻与运算放大器OP13、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP13的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP14的输出端分别通过电阻与运算放大器OP14、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP14的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP15的输出端分别通过电阻与运算放大器OP15、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP15的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP16的输出端分别通过电阻与运算放大器OP16、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP16的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP17的输出端分别通过电阻与运算放大器OP17、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP17的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP18的输出端分别通过电阻与运算放大器OP18、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP18的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP19的输出端分别通过电阻与运算放大器OP19、OP20的负输入端连接；
运算放大器OP20的输出端通过电阻与运算放大器OP20的负输入端连接；并通过电阻与基本混沌信号产生电路N1中运算放大器OP1的负输入端连接；
所述输出端x分别通过电阻与运算放大器OP10、OP12、OP14、OP16、OP18负输入端连接，所述输出端x分别与运算放大器OP11、OP13、OP15、OP17正输入端连接，所述输出端x通过电阻与运算放大器OP19的负输入端连接；
运算放大器OP10、OP12、OP14、OP16、OP18、OP19、OP20的正输入端接地；运算放大器OP11、OP13、OP15、OP17的负输入端分别通过电阻与地连接。
进一步，所述基本混沌信号产生电路N1和序列发生器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S0、S1、S2、S3、S4；所述开关S0设置在运算放大器OP18的输出端与运算放大器OP19的负输入端之间；所述开关S1设置在运算放大器OP16、OP17的输出端与运算放大器OP19的负输入端之间；所述开关S2设置在运算放大器OP14、OP15的输出端与运算放大器OP19的负输入端之间；所述开关S3设置在运算放大器OP12、OP13的输出端与运算放大器OP19的负输入端之间；所述开关S4设置在运算放大器OP10、OP12的输出端与运算放大器OP19的负输入端之间。
本发明的有益效果是：本发明创造的电路能达到一定数量的涡卷，保证通讯的保密程度，同时，电路结构简单，硬件实现容易。
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是序列发生器N2的电路连接示意图。
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2，一种多涡卷混沌电路，包括：基本混沌信号产生电路N1，用于产生切换控制函数f(x)的序列发生器N2；所述基本混沌信号产生电路N1设有输出端x、输出端y、输出端z，所述输出端x用于输出x方向的混沌信号，所述输出端y用于输出y方向的混沌信号，所述输出端z用于输出z方向的混沌信号，所述输出端x与序列发生器N2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、OP4、OP5、OP6、OP7、OP8、OP9,电阻R1-R19，电容C1-C3；
运算放大器OP1的输出端分别通过电阻R4、R5与运算放大器OP1、OP2的负输入端连接；
运算放大器OP2的输出端分别通过电阻R6、R8与运算放大器OP3、OP4的负输入端连接；运算放大器OP2的输出端通过电容C1与运算放大器OP2的负输入端连接；
运算放大器OP3的输出端分别通过电阻R1、R7与运算放大器OP1、OP3的负输入端连接，运算放大器OP3的输出端与所述输出端x连接；
运算放大器OP4的输出端分别通过电阻R10、R11与运算放大器OP4、OP5的负输入端连接；
运算放大器OP5的输出端分别通过电阻R3、R12、R15与运算放大器OP1、OP6、OP7的负输入端连接；运算放大器OP5的输出端通过电容C2与运算放大器OP5的负输入端连接；
运算放大器OP6的输出端通过电阻R13与运算放大器OP6的负输入端连接，运算放大器OP6的输出端与所述输出端y连接；
运算放大器OP7的输出端分别通过电阻R16、R17与运算放大器OP7、OP8的负输入端连接；
运算放大器OP8的输出端通过电阻R18与运算放大器OP9的负输入端连接；运算放大器OP8的输出端通过电容C3与运算放大器OP8的负输入端连接；
运算放大器OP9的输出端分别通过电阻R9、R14、R19与运算放大器OP4、OP7、OP9的负输入端连接，运算放大器OP9的输出端与所述输出端z连接；
运算放大器OP1、OP2、OP3、OP4、OP5、OP6、OP7、OP8、OP9的正输入端接地。
所述序列发生器N2包括：运算放大器OP10、OP11、OP12、OP13、OP14、OP15、OP16、OP17、OP18、OP19、OP20，电阻R20-R68，开关S0-S4；
运算放大器OP10的输出端通过电阻R23与运算放大器OP10的负输入端连接，运算放大器OP10的输出端依次通过电阻R22、R20与开关S4的一端连接，开关S4的另一端与运算放大器OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP10的输出端依次通过电阻R22、R21与地连接；
运算放大器OP11的输出端通过电阻R28与运算放大器OP11的负输入端连接，运算放大器OP11的输出端依次通过电阻R27、R25与开关S4的一端连接，开关S4的另一端与运算放大器OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP11的输出端依次通过电阻R27、R26与地连接；
运算放大器OP12的输出端通过电阻R33与运算放大器OP12的负输入端连接，运算放大器OP12的输出端依次通过电阻R32、R30与开关S3的一端连接，开关S3的另一端与运算放大器OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP12的输出端依次通过电阻R32、R31与地连接；
运算放大器OP13的输出端通过电阻R38与运算放大器OP13的负输入端连接，运算放大器OP13的输出端依次通过电阻R37、R35与开关S3的一端连接，开关S3的另一端与运算放大器OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP13的输出端依次通过电阻R37、R36与地连接；
运算放大器OP14的输出端通过电阻R43与运算放大器OP14的负输入端连接，运算放大器OP14的输出端依次通过电阻R42、R40与开关S2的一端连接，开关S2的另一端与运算放大器OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP14的输出端依次通过电阻R42、R41与地连接；
运算放大器OP15的输出端通过电阻R48与运算放大器OP15的负输入端连接，运算放大器OP15的输出端依次通过电阻R47、R45与开关S2的一端连接，开关S2的另一端与运算放大器OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP15的输出端依次通过电阻R47、R46与地连接；
运算放大器OP16的输出端通过电阻R53与运算放大器OP16的负输入端连接，运算放大器OP16的输出端依次通过电阻R52、R50与开关S1的一端连接，开关S1的另一端与运算放大器OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP16的输出端依次通过电阻R52、R51与地连接；
运算放大器OP17的输出端通过电阻R58与运算放大器OP17的负输入端连接，运算放大器OP17的输出端依次通过电阻R57、R55与开关S1的一端连接，开关S1的另一端与运算放大器OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP17的输出端依次通过电阻R57、R56与地连接；
运算放大器OP18的输出端通过电阻R63与运算放大器OP18的负输入端连接，运算放大器OP18的输出端依次通过电阻R62、R60与开关S0的一端连接，开关S0的另一端与运算放大器OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP18的输出端依次通过电阻R62、R61与地连接；
运算放大器OP19的输出端分别通过电阻R66、R67与运算放大器OP19、OP20的负输入端连接；
运算放大器OP20的输出端通过电阻R68与运算放大器OP20的负输入端连接；并通过基本混沌信号产生电路N1中的电阻R2与基本混沌信号产生电路N1中运算放大器OP1的负输入端连接。
所述输出端x分别通过电阻R24、R29、R34、R39、R44、R49、R54、R59、R64与运算放大器OP10、OP12、OP14、OP16、OP18负输入端连接，所述输出端x分别与运算放大器OP11、OP13、OP15、OP17正输入端连接，所述输出端x通过电阻R65与运算放大器OP19的负输入端连接；
运算放大器OP10、OP12、OP14、OP16、OP18、OP19、OP20的正输入端接地；运算放大器OP11、OP13、OP15、OP17的负输入端分别通过电阻与地连接。
将本发明创造的电路进行实验，本发明创造的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，型号均为TL082，图1和图2中所有电阻均采用精密可调电阻器。其中，当序列发生器N2的切换控制函数f(x)的数学表达式为：
时，则本发明创造的电路生成的涡卷数量为2N(N≥1)(偶数)；
当序列发生器N2的切换控制函数f(x)的数学表达式为：
时，则本发明创造的电路生成的涡卷的数量为2N+1(N≥1)(奇数)，文中的N为自然数。
本发明创造的电路产生的多涡卷混沌信号的状态方程为下式：
式中α＝4.2,β＝6.7,γ＝4.0,ξ为变参数，f(x)为切换控制函数。
本实施例实验的具体各个元件的参数表如下：
表1(单位：nF)
C1 50 C2 50 C3 50
上述的表1为电容的参数表，单位为nF。
表2
上述表2为当涡卷数量为偶数时的各电阻的参数值(单位：kΩ)。
表3
R1 100 R2 23.8 R3 14.9
R4 100 R5 50 R6 100
R7 100 R8 14.9 R9 25
R10 100 R11 50 R12 100
R13 100 R14 100 R16 100
R17 50 R18 100 R19 100
R20 100 R21 1 R22 1.25
R23 4.5 R24 1 R25 100
R26 1 R27 1.6 R28 4.19
R29 1 R30 100 R31 1
R32 2.07 R33 6.14 R34 1
R35 100 R36 1 R37 2.75
R38 6.5 R39 1 R40 100
R41 1 R42 3.82 R43 9.64
R44 1 R45 100 R46 1
R47 5.75 R48 12.5 R49 1
R50 100 R51 1 R52 10.25
R53 22.5 R54 1 R55 100
R56 1 R57 32.75 R58 66.5
R59 1 R65 100 R66 100
R67 100 R68 100
上述表3为当涡卷数量奇数时各电阻的参数值(单位：kΩ)。
根据表1、表2、表3的参数对本发明创造进行试验，和结合开关S0-S4的开关状态，得到产生的混沌信号的涡卷数量的对应关系表，如表4、表5所示：
表4
上述表4为电阻R5、开关位置与涡卷数量(偶数)之间的对应关系；
表5
上述表5为电阻R5、开关位置与涡卷数量(奇数)之间的对应关系。
从表4和表5可知，本发明创造的电路依然能达到一定数量的涡卷，能保证通讯的保密程度。同时，本发明创造的电路结构简单，硬件实现容易。
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 (1)

1.一种多涡卷混沌电路，包括：基本混沌信号产生电路N1，所述基本混沌信号产生电路N1设有输出端x，所述输出端x用于输出x方向的混沌信号，其特征在于，还包括：用于产生切换控制函数的序列发生器N2；所述输出端x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；其中，所述切换控制函数/>的数学表达式为：/>
或者
；
其中，；
所述基本混沌信号产生电路N1包括：运算放大器OP1、OP2、OP3、OP4、OP5、OP6、OP7、OP8、OP9；
运算放大器OP1的输出端分别通过电阻与运算放大器OP1、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OP3、OP4的负输入端连接；运算放大器OP2的输出端通过电容与运算放大器OP2 的负输入端连接；
运算放大器OP3的输出端分别通过电阻与运算放大器OP1、OP3的负输入端连接，运算放大器OP3的输出端与所述输出端x连接；
运算放大器OP4的输出端分别通过电阻与运算放大器OP4、OP5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OP1、OP6、OP7的负输入端连接，运算放大器OP5的输出端通过电容与运算放大器OP5 的负输入端连接；
运算放大器OP6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OP6的输出端与所述输出端y连接；
运算放大器OP7的输出端分别通过电阻与运算放大器OP7、OP8的负输入端连接；
运算放大器OP8的输出端通过电阻与运算放大器OP9的负输入端连接，运算放大器OP8的输出端通过电容与运算放大器OP8 的负输入端连接；
运算放大器OP9的输出端分别通过电阻与运算放大器OP4、OP7、OP9的负输入端连接，运算放大器OP9的输出端与所述输出端z连接；
运算放大器OP1、OP2、OP3、OP4、OP5、OP6、OP7、OP8、OP9的正输入端接地；
所述序列发生器N2包括：运算放大器OP10、OP11、OP12、OP13、OP14、OP15、OP16、OP17、OP18、OP19、OP20；
运算放大器OP10的输出端分别通过电阻与运算放大器OP10、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP10的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP11的输出端分别通过电阻与运算放大器OP11、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP11的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP12的输出端分别通过电阻与运算放大器OP12、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP12的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP13的输出端分别通过电阻与运算放大器OP13、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP13的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP14的输出端分别通过电阻与运算放大器OP14、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP14的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP15的输出端分别通过电阻与运算放大器OP15、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP15的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP16的输出端分别通过电阻与运算放大器OP16、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP16的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP17的输出端分别通过电阻与运算放大器OP17、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP17的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP18的输出端分别通过电阻与运算放大器OP18、OP19的负输入端连接，所述运算放大器OP18的输出端通过电阻与地连接；
运算放大器OP19的输出端分别通过电阻与运算放大器OP19、OP20的负输入端连接；
运算放大器OP20的输出端通过电阻与运算放大器OP20的负输入端连接；并通过电阻与基本混沌信号产生电路N1中运算放大器OP1的负输入端连接；
所述输出端x分别通过电阻与运算放大器OP10、OP12、OP14、OP16、OP18负输入端连接，所述输出端x分别与运算放大器OP11、OP13、OP15、OP17正输入端连接，所述输出端x通过电阻与运算放大器OP19的负输入端连接；
运算放大器OP10、OP12、OP14、OP16、OP18、OP19、OP20的正输入端接地；运算放大器OP11、OP13、OP15、OP17的负输入端分别通过电阻与地连接；
所述序列发生器N2还包括开关S0、S1、S2、S3、S4；所述开关S0设置在运算放大器OP18的输出端与运算放大器OP19的负输入端之间；所述开关S1设置在运算放大器OP16、OP17的输出端与运算放大器OP19的负输入端之间；所述开关S2设置在运算放大器OP14、OP15的输出端与运算放大器OP19的负输入端之间；所述开关S3设置在运算放大器OP12、OP13的输出端与运算放大器OP19的负输入端之间；所述开关S4设置在运算放大器OP10、OP12的输出端与运算放大器OP19的负输入端之间。
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