CN206775512U - 一种四维四翼混沌电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四维四翼混沌电路，属于混沌信号发生器领域，该电路由四个通道电路组成：第一通道电路由第一乘法器、第二乘法器、第一反相积分器、第一反相器以及第一电阻和第二电阻组成；第二通道电路由第三乘法器、第四乘法器、第二反相积分器、第二反相器以及第六电阻组成；第三通道电路由第五乘法器、第六乘法器、第三反相积分器以及第十电阻、第十一电阻组成；第四通道电路由第七乘法器、第八乘法器，第四反相积分器以及第十三电阻组成；本实用新型的优点是：具有四翼混沌吸引子特性并且电路结构简单、易于硬件实现，其混沌特性较强，在图像隐藏和保密通信等信息安全领域具有重要的意义。

Description

一种四维四翼混沌电路

技术领域

本实用新型涉及混沌信号发生器领域，特别涉及一种四维四翼混沌电路。

背景技术

混沌由于内在的随机性、初值敏感性、非规则的有序特性，使得混沌系统在图像隐藏和保密通信等信息安全领域得到广泛地应用。在当前的混沌研究中，低维两翼混沌系统的研究报道已经取得了一些成果，但对较高维四翼混沌系统的研究还较少。由于四翼混沌系统具有更加复杂的混沌运动特性，因而四翼混沌系统具有更高的研究价值和应用前景。

随着混沌技术在工程实践中应用的推广，如何获得更为复杂的混沌吸引子成为一个研究热门课题，利用非线性乘积项获得四维四翼混沌系统可以丰富混沌系统类型，然而现有混沌系统电路多以两翼混沌系统为基础设计的混沌电路，类型单一，远不能满足保密通信安全需求，现有的混沌信号发生器设计往往限于三维四翼或者电路结构复杂的混沌系统，考虑到混沌特性复杂度不高以及电路设计成本，用于混沌保密通信时，设计一个混沌特性较强的高维多翼的混沌信号发生尤为必要，其对于图像加密、保密通信等领域具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的技术问题是现有的混沌信号发生器设计往往限于三维四翼或者电路结构复杂的混沌系统。

本实用新型的上述技术问题是通过以下技术方案得以解决的：一种四维四翼混沌电路，该电路由四个通道电路组成：

第一通道电路由第一乘法器、第二乘法器、第一反相积分器、第一反相器以及第一电阻和第二电阻组成；

第二通道电路由第三乘法器、第四乘法器、第二反相积分器、第二反相器以及第六电阻组成；

第三通道电路由第五乘法器、第六乘法器、第三反相积分器以及第十电阻、第十一电阻组成；

第四通道电路由第七乘法器、第八乘法器，第四反相积分器以及第十三电阻组成；

其中，第一反相积分器的输出端分别与第一电阻的一端、第一反相器的反向输入端、第三乘法器的第二输入端、第五乘法器的第一输入端连接，第一反相器的输出端分别与第六乘法器的第二输入端、第七乘法器的第二输入端连接；

第二反相积分器的输出端分别与第二反相器的反向输入端、第七乘法器的第一输入端连接，第二反相器的输出端分别与第二乘法器的第二输入端、第二电阻的一端、第六电阻的一端连接；

第三反相积分器的输出端分别与第一乘法器的第二输出端、第四乘法器的第二输入端、第十一电阻的一端、第八乘法器的第二输出端连接；

第四反相积分器的输出端分别与第一乘法器的第一输入端、第三乘法器的第一输入端、第五乘法器的第二输入端、第十电阻的一端、第十三电阻的一端连接；

第一乘法器的输出端与第二乘法器的第一输入端连接，第二乘法器的输出端与第一反相积分器的反向输入端连接；第三乘法器的输出端与第四乘法器的第一输入端连接，第四乘法器的输出端与第二反相积分器的反向输入端连接；第五乘法器的输出端与第六乘法器的第一输入端连接，第六乘法器的输出端与第三反相积分器的反向输入端连接；第七乘法器的输出端与第八乘法器的第一输入端连接，第八乘法器的输出端与第四反相积分器的反向输入端连接；

第一电阻的另一端与第二电阻的另一端连接并接于第一反相积分器的反向输入端；第六电阻的另一端与第二反相积分器的反向输入端连接；第十电阻的另一端与第十一电阻的另一端连接并接于第一反相积分器的反向输入端；第十三电阻的另一端与第四反相积分器的反向输入端连接。

进一步的，所述第一反相积分器、第二反相积分器、第三反相积分器、第四反相积分器、第一反相器以及第二反相器分别包括有第一运算放大器、第三运算放大器、第五运算放大器、第六运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器，其中第一反相积分器还包括有第三电阻和第一电容，第二反相积分器还包括有第七电阻和第二电容，第三反相积分器还包括有第十二电阻和第三电容，第四反相积分器还包括有第十四电阻和第四电容，第一反相器还包括有第四电阻和第五电阻，第二反相器还包括有第八电阻和第九电阻。

进一步的，所述运算放大器型号为TL082CP。

进一步的，所有乘法器的型号均为AD633。

进一步的，所述第一电阻、第二电阻阻值均为4KΩ；所述第六电阻阻值为50KΩ；所述第十电阻阻值为4KΩ、第十一电阻阻值为5KΩ；所述第十三电阻阻值为4KΩ。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型提出的一种四维四翼的新型混沌电路系统，利用乘法器和反相积分器引入线性以及非线性反馈，将经典的三维系统进行深化，构造出四阶混沌系统且吸引子更为复杂，新系统共有10个项，其中一次项6个，三次项4个，通过改变参数，能够实现不同类型的混沌相图，混沌特性较强，在图像隐藏、保密通信等领域中，能够提高隐蔽性、增强抗破译能力。

附图说明

图1为本实用新型的电路图；

图2为本实用新型的第一组x-y相图；

图3为本实用新型的第一组x-z相图；

图4为本实用新型的第一组x-w相图；

图5为本实用新型的第一组y-z相图；

图6为本实用新型的第二组y-w相图；

图7为本实用新型的第二组z-w相图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

一种四维四翼混沌电路，如图1所示，其由第一通道电路、第二通道电路、第三通道电路和第四通道电路组成，第一通道电路、第二通道电路、第三通道电路和第四通道电路分别实现下述式(1)中第一、第二、第三和第四函数：

本实用新型所涉及的系统无量纲数学模型如下：

式中x,y,z,w为状态变量，参数值a＝25,b＝2,c＝20。

如图1所示：本实用新型四维四翼混沌系统电路，由四个通道电路组成：

第一通道电路由第一乘法器、第二乘法器、第一反相积分器、第一反相器以及第一电阻和第二电阻组成，其中第一反相积分器包括有；

第二通道电路由第三乘法器、第四乘法器、第二反相积分器、第二反相器以及第六电阻组成；

第三通道电路由第五乘法器、第六乘法器、第三反相积分器以及第十电阻、第十一电阻组成；

第四通道电路由第七乘法器、第八乘法器，第四反相积分器以及第十三电阻组成；

第一通道中第一反相积分器的1引脚输出端为x信号，第一反相器的1引脚输出端为-x信号；第二通道中第二反相积分器的1引脚输出端为y信号，第二反相器的1引脚输出端为-y信号；第三通道中第三反相积分器输出端为z信号；第四通道中第四反相积分器输出端为w信号。

第一通道电路的第一乘法器的输入端与w信号、z信号相连；第一乘法器的输出端与第二乘法器的一个输入相连；第二乘法器另一输入端接-y信号；第二乘法器的输出端通过第三电阻与第一运算放大器的2引脚相连；x信号通过第一电阻与第一运算放大器的2引脚相连；-y信号通过第二电阻与第一运算放大器的2引脚相连；第一电容的两端第一运算放大器的1、2引脚相连；第一运算放大器的1引脚通过第四电阻与第二运算放大器的2引脚相连；第五电阻与第二运算放大器的1、2引脚相连；第一运算放大器和第二运算放大器的3引脚接地，4引脚接-15V，8引脚接+15V。

第二通道电路的第三乘法器的输入端与w信号、x信号相连；第三乘法器的输出端与第四乘法器的一个输入相连；第四乘法器另一输入端接z信号；第四乘法器的输出端通过第七电阻与第三运算放大器的2引脚相连；-y信号通过第六电阻与第三运算放大器的2引脚相连；第二电容的两端第三运算放大器的1、2引脚相连；第三运算放大器的1引脚通过第八电阻与第四运算放大器的2引脚相连；第九电阻与第四运算放大器的1、2引脚相连；第三运算放大器和第四运算放大器的3引脚接地，4引脚接-15V，8引脚接+15V。

第三通道电路的第五乘法器的输入端与w信号、x信号相连；第五乘法器的输出端与第六乘法器的一个输入相连；第六乘法器另一输入端接-x信号；第六乘法器的输出端通过第十二电阻与第五运算放大器的2引脚相连；z信号通过第十一电阻与第五运算放大器的2引脚相连；w信号通过第十电阻与第五运算放大器的2引脚相连；第三电容的两端第五运算放大器的1、2引脚相连；第五运算放大器的3引脚接地，4引脚接-15V，8引脚接+15V。

第四通道电路的第七乘法器的输入端与y信号、-x信号相连；第七乘法器的输出端与第八乘法器的一个输入相连；第八乘法器另一输入端接z信号；第八乘法器的输出端通过第十四电阻与第六运算放大器的2引脚相连；w信号通过第十三电阻与第六运算放大器的2引脚相连。

信号在四个通道电路上的传递过程：

第一通道电路的第一反相积分器的输出信号反馈到输入端，连接第一电阻作为一路输入信号，该输出信号还作为第三乘法器的一路输入信号作用于第二通道电路，该输出信号还作为第五乘法器的一路输入信号作用于第三通道电路，该输出信号还连接第一反相器作为第三通道电路中第六乘法器的一路输入信号作用于第三通道电路并作为第七乘法器的一路输入信号作用于第四通道电路；

第二通道电路中的第二反相积分器的输出信号作为第七乘法器的一路输入信号作用于第四通道电路，该输入信号还连接第二反相器作为第二乘法器的一路输入信号并连接第二电阻作为一路输入信号作用于第一通道电路且连接第六电阻作为一路输入信号作用于第二通道电路；

第三通道电路的输出信号反馈到输入端，连接第十一电阻作为一路输入信号，该输出信号还作为第一乘法器的一路输入信号作用于第一通道电路，并作为第四乘法器的一路输入信号作用于第二通道电路，且作为第八乘法器的一路输入信号作用于第四通道电路；

第四通道电路的输出信号反馈到输入端，连接第十三电阻作为一路输入信号，该输出信号还作为第一乘法器的一路输入信号作用于第一通道电路，并作为第三乘法器的一路输入信号作用于第二通道电路，该输入信号还作为第三通道电路中第五乘法器的一路输入信号并连接第十电阻作为一路输入信号作用于第三通道电路。

第一通道中的第一电阻、第二电阻、第三电阻均为4KΩ，第四电阻、第五电阻均为10KΩ，第一电容为100nF；第二通道中的第六电阻为50KΩ、第七电阻为4KΩ，第八电阻、第九电阻均为10KΩ，第二电容为100nF；第三通道中的第十电阻为4KΩ、第十一电阻为5KΩ、第十二电阻为4KΩ、第三电容为100nF；第四通道中的第十三电阻为4KΩ、第十四电阻为4KΩ、第四电容为100nF。

反相器和反相积分器中的运算放大器型号为TL082CP，乘法器型号为AD633。

本实用新型通过引入线性以及非线性反馈，将经典的三维系统进行深化，构造出四阶混沌系统且吸引子更为复杂，新系统共有10个项，其中一次项6个，三次项4个，通过改变参数，能够实现不同类型的混沌相图，混沌特性较强，在图像隐藏、保密通信等领域中，能够提高隐蔽性、增强抗破译能力。

将图1中x信号、y信号连接到示波器得到波形如图2所示；x信号、z信号连接到示波器得到波形如图3所示；x信号、w信号连接到示波器得到波形如图4所示；y信号、z信号连接到示波器得到波形如图5所示；y信号、w信号连接到示波器得到波形如图6所示；z信号、w信号连接到示波器得到波形如图7所示。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种四维四翼混沌电路，其特征是：该电路由四个通道电路组成：

第一通道电路由第一乘法器、第二乘法器、第一反相积分器、第一反相器以及第一电阻和第二电阻组成；

第二通道电路由第三乘法器、第四乘法器、第二反相积分器、第二反相器以及第六电阻组成；

第三通道电路由第五乘法器、第六乘法器、第三反相积分器以及第十电阻、第十一电阻组成；

第四通道电路由第七乘法器、第八乘法器，第四反相积分器以及第十三电阻组成；

其中，第一反相积分器的输出端分别与第一电阻的一端、第一反相器的反向输入端、第三乘法器的第二输入端、第五乘法器的第一输入端连接，第一反相器的输出端分别与第六乘法器的第二输入端、第七乘法器的第二输入端连接；

第二反相积分器的输出端分别与第二反相器的反向输入端、第七乘法器的第一输入端连接，第二反相器的输出端分别与第二乘法器的第二输入端、第二电阻的一端、第六电阻的一端连接；

第三反相积分器的输出端分别与第一乘法器的第二输出端、第四乘法器的第二输入端、第十一电阻的一端、第八乘法器的第二输出端连接；

第四反相积分器的输出端分别与第一乘法器的第一输入端、第三乘法器的第一输入端、第五乘法器的第二输入端、第十电阻的一端、第十三电阻的一端连接；

第一乘法器的输出端与第二乘法器的第一输入端连接，第二乘法器的输出端与第一反相积分器的反向输入端连接；第三乘法器的输出端与第四乘法器的第一输入端连接，第四乘法器的输出端与第二反相积分器的反向输入端连接；第五乘法器的输出端与第六乘法器的第一输入端连接，第六乘法器的输出端与第三反相积分器的反向输入端连接；第七乘法器的输出端与第八乘法器的第一输入端连接，第八乘法器的输出端与第四反相积分器的反向输入端连接；

第一电阻的另一端与第二电阻的另一端连接并接于第一反相积分器的反向输入端；第六电阻的另一端与第二反相积分器的反向输入端连接；第十电阻的另一端与第十一电阻的另一端连接并接于第一反相积分器的反向输入端；第十三电阻的另一端与第四反相积分器的反向输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种四维四翼混沌电路，其特征是：所述第一反相积分器、第二反相积分器、第三反相积分器、第四反相积分器、第一反相器以及第二反相器分别包括有第一运算放大器、第三运算放大器、第五运算放大器、第六运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器，其中第一反相积分器还包括有第三电阻和第一电容，第二反相积分器还包括有第七电阻和第二电容，第三反相积分器还包括有第十二电阻和第三电容，第四反相积分器还包括有第十四电阻和第四电容，第一反相器还包括有第四电阻和第五电阻，第二反相器还包括有第八电阻和第九电阻。

3.根据权利要求2所述的一种四维四翼混沌电路，其特征是：所有运算放大器型号均为TL082CP。

4.根据权利要求1所述的一种四维四翼混沌电路，其特征是：所有乘法器的型号均为AD633。

5.根据权利要求1所述的一种四维四翼混沌电路，其特征是：所述第一电阻、第二电阻阻值均为4KΩ；所述第六电阻阻值为50KΩ；所述第十电阻阻值为4KΩ、第十一电阻阻值为5KΩ；所述第十三电阻阻值为4KΩ。