CN111431694B - 一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路 - Google Patents

一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路，包括：基本混沌信号产生电路N1和函数信号产生电路N2，所述基本混沌信号产生电路N1，设有：x信号输出端和f(x)信号输入端；所述函数信号产生电路N2的输入端与x信号输出端连接，所述函数信号产生电路N2的输出端与f(x)信号输入端连接。通过产生锯齿波的函数信号产生电路N2和基本混沌信号产生电路N1，从而使得硬件更简单、更容易实现，产生多个网格多涡卷信号，加密强度高、抗破译能力强。本发明主要用于通讯加密。

Description

一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路
技术领域
本发明涉及混沌通信技术领域，特别涉及一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路。
背景技术
自20世纪60年代Lorenz发现第一个混沌系统以来，混沌系统因其具有对初始条件和参数具有强烈的敏感性和依赖性、不可预测性等特性，在图像加密、信息安全等领域取得了广泛的关注。混沌作为非线性动力系统中一种确定性的类随机过程，具有遍历性、混合性、指数发散性。低维混沌系统由于其系统维数低，存在密钥空间不足，混沌序列的复杂度不高，系统抗破译能力差，安全性低等问题。
现有的多涡卷混沌信号发生器硬件构成复杂，而且，加密强度不高，抗破译能力低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路，包括：
基本混沌信号产生电路N1，设有：x信号输出端和f(x)信号输入端；
函数信号产生电路N2，其的输入端与x信号输出端连接，其的输出端与f(x)信号输入端连接；
所述函数信号产生电路N2用于产生锯齿波函数f(x)，其中：
Figure BDA0002425327290000021
进一步，所述函数信号产生电路N2包括：运算放大器OP10至OP22、电阻R20至R35、电压端V1至V10；
运算放大器OP22的输出端分别与电阻R33的左端、f(x)信号输入端连接，运算放大器OP22的负输入端分别与电阻R33的右端、电阻R32的左端连接，运算放大器OP22的正输入端分别与电阻R35的上端、电阻R34的左端连接；
运算放大器OP21的输出端分别与电阻R32的右端、电阻R31的左端连接，运算放大器OP21的负输入端分别与电阻R31的右端、电阻R20的左端、电阻R21的左端、电阻R22的左端、电阻R23的左端、电阻R24的左端、电阻R25的左端、电阻R26的左端、电阻R27的左端、电阻R28的左端、电阻R29的左端、电阻R30的左端连接；
运算放大器OP10的输出端与电阻R20的右端连接，运算放大器OP11的输出端与电阻R21的右端连接，运算放大器OP12的输出端与电阻R22的右端连接，运算放大器OP13的输出端与电阻R23的右端连接，运算放大器OP14的输出端与电阻R24的右端连接，运算放大器OP15的输出端与电阻R25的右端连接，运算放大器OP16的输出端与电阻R26的右端连接，运算放大器OP17的输出端与电阻R27的右端连接，运算放大器OP18的输出端与电阻R28的右端连接，运算放大器OP19的输出端与电阻R29的右端连接，运算放大器OP20的输出端与电阻R30的右端连接；
运算放大器OP10的正输入端与电压端V1连接，运算放大器OP11的正输入端与电压端V2连接，运算放大器OP12的正输入端与电压端V3连接，运算放大器OP13的正输入端与电压端V4连接，运算放大器OP14的正输入端与电压端V5连接，运算放大器OP15的正输入端与电压端V6连接，运算放大器OP16的正输入端对地连接，运算放大器OP17的正输入端与电压端V7连接，运算放大器OP18的正输入端与电压端V8连接，运算放大器OP19的正输入端与电压端V9连接，运算放大器OP20的正输入端与电压端V10连接；
所述x信号输出端分别与电阻R34的右端、运算放大器OP10的负输入端、运算放大器OP11的负输入端、运算放大器OP12的负输入端、运算放大器OP13的负输入端、运算放大器OP14的负输入端、运算放大器OP15的负输入端、运算放大器OP16的负输入端、运算放大器OP17的负输入端、运算放大器OP18的负输入端、运算放大器OP19的负输入端、运算放大器OP20的负输入端连接；
电阻R35的下端、运算放大器OP21的正输入端均对地连接。
进一步，所述基本混沌信号产生电路N1还设有y信号输出端和z信号输出端，所述基本混沌信号产生电路N1包括：运算放大器OP1至OP9、电阻R1至R19、电容C1至C3、乘法器MUL1，所述乘法器MUL1的比例系数为0.1；
运算放大器OP1的负输入端分别与电阻R2的右端、电阻R1的右端、电阻R3的左端连接，运算放大器OP1的输出端分别与电阻R3的右端、电阻R4的左端连接；
运算放大器OP2的负输入端分别与电容C1的左端、电阻R4的右端连接，运算放大器OP2的输出端分别与电容C1的右端、电阻R5的左端连接；
运算放大器OP3的负输入端分别与电阻R5的右端、电阻R6的左端连接，运算放大器OP3的输出端分别与电阻R6的右端、x信号输出端连接；
运算放大器OP4的负输入端分别与电阻R7的右端、电阻R8的右端、电阻R9的左端连接，运算放大器OP4的输出端分别与电阻R9的右端、电阻R10的左端连接；
运算放大器OP5的负输入端分别与电容C2的左端、电阻R10的右端连接，运算放大器OP5的输出端分别与电容C2的右端、电阻R11的左端、电阻R1的左端、乘法器MUL1的第一输入端连接；
运算放大器OP6的负输入端分别与电阻R11的右端、电阻R12的左端连接，运算放大器OP6的输出端分别与电阻R12的右端、y信号输出端连接；
运算放大器OP7的负输入端分别与电阻R14的右端、电阻R15的右端、电阻R16的左端连接，电阻R14的左端与乘法器MUL1输出端连接，电阻R15的左端与f(x)输入端连接；运算放大器OP7的输出端分别与电阻R17的右端、电阻R16的左端连接；
运算放大器OP8的负输入端分别与电容C3的左端、电阻R17的右端连接；运算放大器OP8的输出端分别与电容C3的右端、电阻R18的左端、电阻R2的左端、电阻R7的左端连接；
运算放大器OP9的负输入端分别与电阻R18的右端、电阻R19的左端连接，运算放大器OP9的输出端分别与电阻R19的右端、z信号输出端连接；
电阻R8的左端、电阻R13的左端均与y信号输出端连接；
乘法器MUL1的第二输入端与z信号输出端连接；
运算放大器OP1至OP9的正输入端均对地连接。
进一步，所述基本混沌信号产生电路N1所采用的电阻为精密可调电阻或者为精密可调电位器
进一步，所述函数信号产生电路N2所采用的电阻为精密可调电阻或者为精密可调电位器。
本发明的有益效果是：通过产生锯齿波的函数信号产生电路N2和基本混沌信号产生电路N1，从而使得硬件更简单、更容易实现，产生多个网格多涡卷信号，加密强度高、抗破译能力强。本发明主要用于通讯加密。
附图说明
为了更清楚地说明本发明创造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创造的一部分实施例，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是函数信号产生电路N2的电路连接结构示意图；
图2是基本混沌信号产生电路N1电路连接结构示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明创造的具体实施例，本发明创造之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明创造的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明创造保护范围的限制。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
在本发明创造的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明创造的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明创造中的具体含义。
实施例1，参考图1和图2,一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路，包括：基本混沌信号产生电路N1和函数信号产生电路N2，所述基本混沌信号产生电路N1，设有：x信号输出端、y信号输出端、z信号输出端和f(x)信号输入端；所述函数信号产生电路N2的输入端与x信号输出端连接，所述函数信号产生电路N2的输出端与f(x)信号输入端连接。
其中，所述函数信号产生电路N2包括：运算放大器OP10至OP22、电阻R20至R35、电压端V1至V10。
运算放大器OP22的输出端分别与电阻R33的左端、f(x)信号输入端连接，运算放大器OP22的负输入端分别与电阻R33的右端、电阻R32的左端连接，运算放大器OP22的正输入端分别与电阻R35的上端、电阻R34的左端连接；
运算放大器OP21的输出端分别与电阻R32的右端、电阻R31的左端连接，运算放大器OP21的负输入端分别与电阻R31的右端、电阻R20的左端、电阻R21的左端、电阻R22的左端、电阻R23的左端、电阻R24的左端、电阻R25的左端、电阻R26的左端、电阻R27的左端、电阻R28的左端、电阻R29的左端、电阻R30的左端连接；
运算放大器OP10的输出端与电阻R20的右端连接，运算放大器OP11的输出端与电阻R21的右端连接，运算放大器OP12的输出端与电阻R22的右端连接，运算放大器OP13的输出端与电阻R23的右端连接，运算放大器OP14的输出端与电阻R24的右端连接，运算放大器OP15的输出端与电阻R25的右端连接，运算放大器OP16的输出端与电阻R26的右端连接，运算放大器OP17的输出端与电阻R27的右端连接，运算放大器OP18的输出端与电阻R28的右端连接，运算放大器OP19的输出端与电阻R29的右端连接，运算放大器OP20的输出端与电阻R30的右端连接；
运算放大器OP10的正输入端与电压端V1连接，运算放大器OP11的正输入端与电压端V2连接，运算放大器OP12的正输入端与电压端V3连接，运算放大器OP13的正输入端与电压端V4连接，运算放大器OP14的正输入端与电压端V5连接，运算放大器OP15的正输入端与电压端V6连接，运算放大器OP16的正输入端对地连接，运算放大器OP17的正输入端与电压端V7连接，运算放大器OP18的正输入端与电压端V8连接，运算放大器OP19的正输入端与电压端V9连接，运算放大器OP20的正输入端与电压端V10连接；
所述x信号输出端分别与电阻R34的右端、运算放大器OP10的负输入端、运算放大器OP11的负输入端、运算放大器OP12的负输入端、运算放大器OP13的负输入端、运算放大器OP14的负输入端、运算放大器OP15的负输入端、运算放大器OP16的负输入端、运算放大器OP17的负输入端、运算放大器OP18的负输入端、运算放大器OP19的负输入端、运算放大器OP20的负输入端连接；
电阻R35的下端、运算放大器OP21的正输入端均对地连接。
所述基本混沌信号产生电路N1包括：运算放大器OP1至OP9、电阻R1至R19、电容C1至C3、乘法器MUL1，所述乘法器MUL1的比例系数为0.1；
运算放大器OP1的负输入端分别与电阻R2的右端、电阻R1的右端、电阻R3的左端连接，运算放大器OP1的输出端分别与电阻R3的右端、电阻R4的左端连接；
运算放大器OP2的负输入端分别与电容C1的左端、电阻R4的右端连接，运算放大器OP2的输出端分别与电容C1的右端、电阻R5的左端连接；
运算放大器OP3的负输入端分别与电阻R5的右端、电阻R6的左端连接，运算放大器OP3的输出端分别与电阻R6的右端、x信号输出端连接；
运算放大器OP4的负输入端分别与电阻R7的右端、电阻R8的右端、电阻R9的左端连接，运算放大器OP4的输出端分别与电阻R9的右端、电阻R10的左端连接；
运算放大器OP5的负输入端分别与电容C2的左端、电阻R10的右端连接，运算放大器OP5的输出端分别与电容C2的右端、电阻R11的左端、电阻R1的左端、乘法器MUL1的第一输入端连接；
运算放大器OP6的负输入端分别与电阻R11的右端、电阻R12的左端连接，运算放大器OP6的输出端分别与电阻R12的右端、y信号输出端连接；
运算放大器OP7的负输入端分别与电阻R14的右端、电阻R15的右端、电阻R16的左端连接，电阻R14的左端与乘法器MUL1输出端连接，电阻R15的左端与f(x)输入端连接；运算放大器OP7的输出端分别与电阻R17的右端、电阻R16的左端连接；
运算放大器OP8的负输入端分别与电容C3的左端、电阻R17的右端连接；运算放大器OP8的输出端分别与电容C3的右端、电阻R18的左端、电阻R2的左端、电阻R7的左端连接；
运算放大器OP9的负输入端分别与电阻R18的右端、电阻R19的左端连接，运算放大器OP9的输出端分别与电阻R19的右端、z信号输出端连接；
电阻R8的左端、电阻R13的左端均与y信号输出端连接；
乘法器MUL1的第二输入端与z信号输出端连接；
运算放大器OP1至OP9的正输入端均对地连接。
根据图2，所述函数信号产生电路N2用于产生锯齿波函数f(x)，其中：
Figure BDA0002425327290000101
n和m均为自然数。
本发明电路元件和电源电压的选择：图1至图2中所有的运算放大器，型号为TL082，电源电压为±E＝±15V，各运算放大器输出电压的饱和值为Vsat＝±13.5V。图1中的乘法器，型号为AD633，电源电压为±E＝±15V。为了保证电阻值的准确性，基本混沌信号产生电路N1和函数信号产生电路N2中所有电阻均为精密可调电阻或者精密可调电位器。
本发明元器件参数表如下：
表1(单位：kΩ)
Figure BDA0002425327290000102
Figure BDA0002425327290000111
表1为各个电阻的阻值表，其中，各个电阻的单位为kΩ。
表2(单位：V)
V<sub>1</sub> 2 V<sub>2</sub> -2 V<sub>3</sub> 4
V<sub>4</sub> -4 V<sub>5</sub> 6 V<sub>6</sub> -6
V<sub>7</sub> 8 V<sub>8</sub> -8 V<sub>9</sub> 10
V<sub>10</sub> -10
表2为各个电压端的电压值，单位为V。
表3(单位：nF)
C<sub>1</sub> 10 C<sub>2</sub> 10 C<sub>3</sub> 10
表3为各个电容的容值，单位为nF。
按照图1至图2连接电路，根据表1、表2、表3给出的数据，可确定各图中各个元器件的参数。电路产生一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌信号。
可得基于锯齿波控制的多涡卷混沌信号的状态方程为下式：
Figure BDA0002425327290000121
Figure BDA0002425327290000122
Figure BDA0002425327290000123
本发明中得到涡卷数为12。
以上对本发明创造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创造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 (3)

1.一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路，其特征在于，包括：
基本混沌信号产生电路N1，设有：x信号输出端和f（x）信号输入端；
函数信号产生电路N2，其的输入端与x信号输出端连接，其的输出端与f（x）信号输入端连接；
所述函数信号产生电路N2用于产生锯齿波函数f（x），其中：
Figure 315361DEST_PATH_IMAGE001
；
所述函数信号产生电路N2包括：运算放大器OP10至OP22、电阻R20至R35、电压端V1至V10；
运算放大器OP22的输出端分别与电阻R33的左端、f（x）信号输入端连接，运算放大器OP22的负输入端分别与电阻R33的右端、电阻R32的左端连接，运算放大器OP22的正输入端分别与电阻R35的上端、电阻R34的左端连接；
运算放大器OP21的输出端分别与电阻R32的右端、电阻R31的左端连接，运算放大器OP21的负输入端分别与电阻R31的右端、电阻R20的左端、电阻R21的左端、电阻R22的左端、电阻R23的左端、电阻R24的左端、电阻R25的左端、电阻R26的左端、电阻R27的左端、电阻R28的左端、电阻R29的左端、电阻R30的左端连接；
运算放大器OP10的输出端与电阻R20的右端连接，运算放大器OP11的输出端与电阻R21的右端连接，运算放大器OP12的输出端与电阻R22的右端连接，运算放大器OP13的输出端与电阻R23的右端连接，运算放大器OP14的输出端与电阻R24的右端连接，运算放大器OP15的输出端与电阻R25的右端连接，运算放大器OP16的输出端与电阻R26的右端连接，运算放大器OP17的输出端与电阻R27的右端连接，运算放大器OP18的输出端与电阻R28的右端连接，运算放大器OP19的输出端与电阻R29的右端连接，运算放大器OP20的输出端与电阻R30的右端连接；
运算放大器OP10的正输入端与电压端V1连接，运算放大器OP11的正输入端与电压端V2连接，运算放大器OP12的正输入端与电压端V3连接，运算放大器OP13的正输入端与电压端V4连接，运算放大器OP14的正输入端与电压端V5连接，运算放大器OP15的正输入端与电压端V6连接，运算放大器OP16的正输入端对地连接，运算放大器OP17的正输入端与电压端V7连接，运算放大器OP18的正输入端与电压端V8连接，运算放大器OP19的正输入端与电压端V9连接，运算放大器OP20的正输入端与电压端V10连接；
所述x信号输出端分别与电阻R34的右端、运算放大器OP10的负输入端、运算放大器OP11的负输入端、运算放大器OP12的负输入端、运算放大器OP13的负输入端、运算放大器OP14的负输入端、运算放大器OP15的负输入端、运算放大器OP16的负输入端、运算放大器OP17的负输入端、运算放大器OP18的负输入端、运算放大器OP19的负输入端、运算放大器OP20的负输入端连接；
电阻R35的下端、运算放大器OP21的正输入端均对地连接；
所述基本混沌信号产生电路N1还设有y信号输出端和z信号输出端，所述基本混沌信号产生电路N1包括：运算放大器OP1至OP9、电阻R1至R19、电容C1至C3、乘法器MUL1，所述乘法器MUL1的比例系数为0.1；
运算放大器OP1的负输入端分别与电阻R2的右端、电阻R1的右端、电阻R3的左端连接，运算放大器OP1的输出端分别与电阻R3的右端、电阻R4的左端连接；
运算放大器OP2的负输入端分别与电容C1的左端、电阻R4的右端连接，运算放大器OP2的输出端分别与电容C1的右端、电阻R5的左端连接；
运算放大器OP3的负输入端分别与电阻R5的右端、电阻R6的左端连接，运算放大器OP3的输出端分别与电阻R6的右端、x信号输出端连接；
运算放大器OP4的负输入端分别与电阻R7的右端、电阻R8的右端、电阻R9的左端连接，运算放大器OP4的输出端分别与电阻R9的右端、电阻R10的左端连接；
运算放大器OP5的负输入端分别与电容C2的左端、电阻R10的右端连接，运算放大器OP5的输出端分别与电容C2的右端、电阻R11的左端、电阻R1的左端、乘法器MUL1的第一输入端连接；
运算放大器OP6的负输入端分别与电阻R11的右端、电阻R12的左端连接，运算放大器OP6的输出端分别与电阻R12的右端、y信号输出端连接；
运算放大器OP7的负输入端分别与电阻R14的右端、电阻R15的右端、电阻R16的左端连接，电阻R14的左端与乘法器MUL1输出端连接，电阻R15的左端与f（x）输入端连接；运算放大器OP7的输出端分别与电阻R17的右端、电阻R16的左端连接；
运算放大器OP8的负输入端分别与电容C3的左端、电阻R17的右端连接；运算放大器OP8的输出端分别与电容C3的右端、电阻R18的左端、电阻R2的左端、电阻R7的左端连接；
运算放大器OP9的负输入端分别与电阻R18的右端、电阻R19的左端连接，运算放大器OP9的输出端分别与电阻R19的右端、z信号输出端连接；
电阻R8的左端、电阻R13的左端均与y信号输出端连接；
乘法器MUL1的第二输入端与z信号输出端连接；
运算放大器OP1至OP9的正输入端均对地连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路，其特征在于：所述基本混沌信号产生电路N1所采用的电阻为精密可调电阻或者为精密可调电位器。
3.根据权利要求1所述的一种基于锯齿波控制的多涡卷混沌电路，其特征在于：所述函数信号产生电路N2所采用的电阻为精密可调电阻或者为精密可调电位器。
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