CN205265707U

CN205265707U - 一种四维超t混沌电路

Info

Publication number: CN205265707U
Application number: CN201521037393.XU
Authority: CN
Inventors: 王震; 惠小健; 雷腾飞
Original assignee: Xijing University
Current assignee: Xijing University
Priority date: 2015-12-12
Filing date: 2015-12-12
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2025-12-12

Abstract

一种是四维超T混沌电路，包括四个通道，第一通道的输出信号反馈到第一通道的输入端，第一通道的输出信号还连接第二通道的乘法器A1的输入端，第一通道输出的前一级输出连接第三通道的乘法器A2与第二通道的输入；第二通道输出的前一级输出连接第三通道乘法器A2的输入端，且连接第四通道乘法器A3的输入端；第三通道的输出信号反馈到第三通道的输入端，第三通道的输出信号还连接第四通道乘法器A3的输入端；第四通道的输出信号反馈到第四通道的输入端，第四通道的输出信号还连接第一通道的输入端，电路结构简单，电路性能可靠且易实现，适用于大学混沌实验教学、非线性电路演示等，在信息安全、通信保密等领域中有着重要的价值。

Description

一种四维超T混沌电路

技术领域

本实用新型涉及属于混沌信号发生器设计技术领域，具体涉及一种四维超T混沌电路。

背景技术

自1963年，麻省理工学院科学家Lorenz提出了第一个天气预报混沌模型，人们对混沌系统产生了极大的兴趣。近几年，许多专家学者提出了以Lorenz系统为基础的若干种变形的新混沌系统如Chen系统，Lü系统，Liu系统等。由于混沌理论在图像数据加密、信号检测与处理、机电控制系统等方面的工程得到了广泛应用。特别由于超混沌系统的复杂性，使得此类系统应用价值更高。

目前，相对于低维混沌系统的研究，对高维混沌系统的研究并不是很多。特别对于一类新的过渡系统T混沌系统，现有研究为三维T混沌系统。混沌科学逐渐从理论研究过渡到实际应用中，而在工程最为直接策略为混沌电路的实现，现有三维T混沌系统一般存在系统各个通道电路结构没有采用模块化、不易于系统电路的硬件扩展，保密性较差等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种四维超T混沌电路，采用模块化，易于系统电路的硬件扩展，保密性较好。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种是四维超T混沌电路，包括第一、第二、第三和第四通道，第一通道的输出信号反馈到第一通道的输入端，作为一路输入信号，第一通道的输出信号还连接第二通道的乘法器A1的输入端，第一通道输出的前一级输出连接第三通道的乘法器A2与第二通道的输入；第二通道输出的前一级输出连接第三通道乘法器A2的输入端，且连接第四通道乘法器A3的输入端；第三通道的输出信号反馈到第三通道的输入端，作为一路输入信号，第三通道的输出信号还连接第四通道乘法器A3的输入端；第四通道的输出信号反馈到第四通道的输入端，作为一路输入信号，第四通道的输出信号还连接第一通道的输入端，作为一路输入信号；

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的一端，电阻R11的另一端和第一通道的输出信号-x连接，电阻R12的另一端与第二通道输出的前一级输出信号y连接，电阻R13的另一端与第四通道输出的前一级输出信号w连接，电阻R14另一端连接反相器U1的6引脚,反相器U1的6引脚通过电阻R15和反相积分器U3的2引脚连接，电容C1一端连接反相积分器U3的2引脚，电容C1的另一端连接反相积分器U3的6引脚，反相积分器U3的6引脚通过电阻R16和反相器U2的2引脚连接，反相器U2的2引脚连接电阻R17一端，电阻R17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的输出端是信号-x，反相积分器U3的输出端是信号x；

所述的第二通道包括乘法器A1，乘法器A1的第一输入端和第一通道输出的前一级输出信号x连接，乘法器A1的第二输入端和第三通道的输出信号-z连接，乘法器A1的输出通过电阻R22与反相器U4的2引脚连接；电阻R21一端与反相器U4的2引脚相连，电阻R21另一端和第一通道输出的前一级输出信号x连接，反相器U4的2引脚通过电阻R23和反相器U4的6引脚连接；反相器U4的6引脚通过电阻R24连接反相积分器U6的2引脚，反相积分器U6的2引脚连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚；反相积分器U6的6引脚通过电阻R25连接到反相器U5的2引脚；反相器U5的2引脚连接电阻R26一端，电阻R26另一端连接反相器U5的6引脚，反相器U4的3引脚、反相器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)；反相器U5的输出端信号是-y，反相积分器U6的输出端是信号y；

所述的第三通道包括乘法器A2，乘法器A2的第一输入端和第一通道输出的前一级输出信号x连接，乘法器A2的第二输入端和第二通道输出的前一级输出信号y连接，乘法器A2输出端通过电阻R31连接到反相器U7的2引脚，电阻R32的一端也连接反相器U7的2引脚，电阻R32的另一端和第三通道的输出信号-z连接，反相器U7的2引脚通过电阻R33连接反相器U7的6引脚；反相器U7的6引脚通过电阻R34连接反相积分器U8的2引脚，反相积分器U8的2引脚连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接反相积分器U8的6引脚；反相积分器U8的6引脚通过电阻R35连接到反相器U9的2引脚；反相器U9的2引脚连接电阻R36一端，电阻R36另一端连接反相器U9的6引脚，反相器U7的3引脚、反相积分器U8的3引脚、反相器U9的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相积分器U8的4引脚、反相器U9的4引脚接VDD(负电压)，反相器U7的7引脚、反相器积分U8的7引脚、反相器U9的7引脚接VCC(正电压)，反相积分器U9的输出端信号是-z，反相器积分U8的输出端是信号z；

所述的第四通道包括乘法器A3，乘法器A3的第一输入端和第二通道输出信号-y连接，乘法器A3的第二输入端和第三通道输出的前一级输出信号z连接，乘法器A3输出端通过电阻R41连接到反相器U10的2引脚，电阻R42的一端也连接反相器U10的2引脚，电阻R42的另一端和第四通道的输出信号-w连接，反相器U10的2引脚通过电阻R43连接反相器U10的6引脚；反相器U10的6引脚通过电阻R44连接反相积分器U11的2引脚，反相积分器U11的2引脚连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接反相积分器U11的6引脚；反相积分器U8的6引脚通过电阻R45连接到反相器U12的2引脚；反相器U12的2引脚连接电阻R46一端，电阻R46另一端连接反相器U12的6引脚，反相器U10的3引脚、反相积分器U11的3引脚、反相器U12的3引脚接地；反相器U10的4引脚、反相积分器U11的4引脚、反相器U12的4引脚接VDD(负电压)，反相器U10的7引脚、反相器积分U11的7引脚、反相器U12的7引脚接VCC(正电压)，反相器U12的输出端信号是-w，反相积分器U10的输出端是信号w。

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、反相积分器U8、反相器U9、反相器U10、反相积分器U11、反相器U12采用运放器LM741。

所述的乘法器A1、乘法器A2、乘法器A3采用乘法器AD633。

本实用新型的在普通的示波器上即可观察出x-y，x-z，y-z，x-w，y-w，z-w相图，采用模块化设计，有电路结构简单，电路性能可靠且易实现，适用于大学混沌实验教学、非线性电路演示等，在信息安全、通信保密等领域中有着重要的价值。

附图说明

图1是本实用新型的电路图。

图2是图1的x输出波形图。

图3是图1的y输出波形图。

图4是图1的z输出波形图。

图5是图1的w输出波形图。

图6是图1的x-y输出相图。

图7是图1的x-z输出相图。

图8是图1的y-z输出相图。

图9是图1的x-w输出相图。

图10是图1的y-w输出相图。

图11是图1的z-w输出相图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做详细描述。

参照图1，一种是四维超T混沌电路，包括第一、第二、第三和第四通道，第一通道的输出信号反馈到第一通道的输入端，作为一路输入信号，第一通道的输出信号还连接第二通道的乘法器A1的输入端，第一通道输出的前一级输出连接第三通道的乘法器A2与第二通道的输入；第二通道输出的前一级输出连接第三通道乘法器A2的输入端，且连接第四通道乘法器A3的输入端；第三通道的输出信号反馈到第三通道的输入端，作为一路输入信号，第三通道的输出信号还连接第四通道乘法器A3的输入端；第四通道的输出信号反馈到第四通道的输入端，作为一路输入信号，第四通道的输出信号还连接第一通道的输入端，作为一路输入信号；

图1中，第一通道电阻R11＝R12＝51kΩ，R13＝R15＝R16＝10KΩ,R14＝1KΩ,C1＝10nF；二通道电阻R22＝5.1KΩ，R21＝R23＝R25＝R26＝10KΩ,R24＝10KΩ,C2＝10nF；第三通道电阻R31＝1KΩ，R32＝R33＝＝R34＝R35＝R36＝10KΩ，C3＝10nF；第四通道电阻R41＝1KΩ，R42＝R43＝＝R44＝R45＝R46＝10KΩ，C4＝10nF；VCC＝15，VDD＝-15V。

所述的乘法器A1、乘法器A2、乘法器A3采用乘法器AD633。

本实用新型的工作原理为：

一种四维超混沌电路，因该系统含有两个正的Lyapunov指数，所以使得该电路的混沌特性非常复杂，如果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，定可达到保密通信以及抗破解的目的。

本实用新型涉及的无量纲数学模型如下：

\{\begin{matrix} \frac{d x}{d t} = a (y - x) + w \\ \frac{d y}{d t} = - a x z + c x \\ \frac{d z}{d t} = x y - b z \\ \frac{d w}{d t} = - y z - w \end{matrix} - - - (1)

式(1)中，x,y,z，w为状态变量，a,b为方程的参数。选取a＝2.1,c＝10,b＝1时，系统(1)即四维超T混沌系统，此时本发明的振荡电路的方程为：

\{\begin{matrix} \frac{d x}{d t} = - \frac{R_{13} R_{16}}{R_{14} R_{11} R_{15} c_{1}} x + \frac{R_{13}}{R_{14} R_{12} R_{15} c_{1}} y + \frac{R_{13} R_{16}}{R_{14} R_{13} R_{15} c_{1}} w \\ \frac{d y}{d t} = - \frac{R_{23}}{10 R_{24} R_{22} c_{2}} x z + \frac{R_{23}}{R_{21} R_{24} c_{2}} x \\ \frac{d z}{d t} = \frac{R_{33}}{10 R_{31} R_{34} c_{3}} x y - \frac{R_{36} R_{33}}{10 R_{32} R_{34} c_{3}} z \\ \frac{d w}{d t} = - \frac{R_{43}}{10 R_{41} R_{44} c_{4}} y z - \frac{R_{46} R_{43}}{10 R_{42} R_{44} c_{4}} w \end{matrix} - - - (2)

本实用新型所涉及的电路由第一、第二、第三通道的电路组成，第一、第二、第三、第四通道的电路分别实现了式(2)中的第一、第二、第三，第四函数。模拟乘法器使用AD633时，电路的输出波形图见图2、图3、图4,图5，电路输出的相图见图6、图7、图8、图9、图10、图11，图2至图11反映出了四维超T系统电路的基本混沌特性，从而丰富了混沌的类型，为混沌应用于保密通信和图像、文字、视频加密提供了选择。

Claims

1.一种是四维超T混沌电路，包括第一、第二、第三和第四通道，其特征在于：第一通道的输出信号反馈到第一通道的输入端，作为一路输入信号，第一通道的输出信号还连接第二通道的乘法器A1的输入端，第一通道输出的前一级输出连接第三通道的乘法器A2与第二通道的输入；第二通道输出的前一级输出连接第三通道乘法器A2的输入端，且连接第四通道乘法器A3的输入端；第三通道的输出信号反馈到第三通道的输入端，作为一路输入信号，第三通道的输出信号还连接第四通道乘法器A3的输入端；第四通道的输出信号反馈到第四通道的输入端，作为一路输入信号，第四通道的输出信号还连接第一通道的输入端，作为一路输入信号；

2.根据权利要求1所述的一种是四维超T混沌电路，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、反相积分器U8、反相器U9、反相器U10、反相积分器U11、反相器U12采用运放器LM741。

3.根据权利要求1所述的一种是四维超T混沌电路，其特征在于：所述的乘法器A1、乘法器A2、乘法器A3采用乘法器AD633。