专利名称：基于二次项非线性作用的新型混沌源及信号幅度与极性控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种混沌动力学系统的设计。引入三个交叉乘积项的反馈输入，结合部分线性项的反馈输入，输出ー种复杂的新型混沌吸引子。产生的混沌信号可以通过可调电阻或者电位器实现其幅度调节，可以通过ー开关对线性项反馈信号的极性选择实现混沌源输出信号极性的控制。本发明属于混沌信号源电路设计，混沌雷达，保密通信等领域。
背景技术：
混沌电路与混沌系统在过去几十年来在科学及工程应用领域得到了极大关注，从而成为雷达与通信领域中极为活跃的研究主題。混沌信号在工程应用中往往要进行幅值的放大或者縮小，混沌信号的宽频特性和混沌系统对于初始值与系统參数的敏感性増加了宽带放大器和滤波器设计难度，这些外界的电路元件或者附加系统除了増加系统成本，还会·引入信号失真与变形等等。设计幅度可以调节的混沌系统，可以降低混沌系统的应用难度。此外，倘若混沌信号的极性可控，可以增加电路输出的多变性，为混沌系统应用于保密通信奠定基础，因此工程研究人员在关注混沌系统同步的同时，也关注混沌电路的可调性和多变性，这往往只要増加一个旋钮或者开关就能实现。专利[授权号ZL200910183379. 3]提出ー种可切换三阶恒Lyapunov指数谱混沌电路，通过起分段线性作用的绝对值项来实现非线性化，使得混沌系统动力学行为不受常数控制项(实际对应于直流电源电压)的影响，常数项的调整可线性调节混沌电路信号幅度，而系统保持恒定的Lyapunov指数谱。这ー技术简化了混沌信号源电路设计的复杂度，降低了电路调试的难度，消除了许多附加电路的不稳定性，同时也为其他混沌信号源的设计提出了新的思路和參考。本发明通过二次项非线性作用，结合简单的三个线性项的反馈，实现奇特的混沌吸引子，相轨在空间有多个演变羽翼，xy投影区域和xz投影区域具有明显的实心与空心球形互补结构，而xyz三维图中有多个翼状的演变区域交错在一起。基于二次项的非线性作用实现的混沌系统，往往其状态变量不容易调整。本发明充分利用混沌动力学系统方程的特征，通过牺牲ー维状态变量的变化，利用其中ー个交叉乘积项的反馈强度的调节来实现其他两维混沌信号的局部幅度调控；通过在所有二次项反馈回路中引入ー个多联电位器，同步调控二次乘积项的反馈强度，来实现所有状态变量的同步幅度调节。电路中幅度调控的规律与电位器的调节规律有关系，可以通过选择电阻值变化和转动角度成不同关系的电位器来调节幅度控制的速度，从而满足工程需要。本发明中对信号极性的调整，是通过开关对线性项反馈极性的选择来实现的。极性的控制只是针对其中部分信号。
发明内容
本发明以三个非线性二次反馈项和四个线性反馈项实现多翼缠绕的混沌吸引子。为了满足工程需要，对混沌信号进行局部和全局的幅度控制以及极性控制。牺牲其中ー维混沌信号的幅值变化，通过ー个电位器调控非线性乘积项反馈强度，实现其余两维信号幅度的调控，实现幅度的局部控制；通过ー个三联电位器同步调控三条支路的非线性乘积项之反馈强度，实现所有信号幅度的调控，实现幅度的全局控制；选择电位器种类，进而选择不同的调控函数，如线性，对数或者是指数，如此可以实现对混沌信号的不同幅度调控。通过ー个开关对线性项反馈极性的选择，实现对电路两路输出信号的极性控制。本发明提出的混沌信号源电路不同于其他混沌电路，产生多翼缠绕的混沌吸引子流；乘法器输出二次项反馈強度的部分调控与全局调控实现了混沌信号的局部和全局幅度调控；开关对ー线性反馈项反馈极性的选择控制，实现了混沌信号的局部极性控制。本发明的技术解决方案包含混沌信号源电路及其信号幅度与极性控制方法，以三个支路的积分求和电路为框架，利用三个交叉乘积项、四个线性项的反馈输入，输出多翼缠绕的奇特混沌吸引子。通过ー个电位器对第一维非线性交叉乘积项反馈强度调控，实现对其余两维信号的局部幅度调节；通过ー个三联电位器对非线性交叉乘积项反馈强度同步调控，实现对所有混沌信号的全局幅度调节；通过ー个选择开关，对第三维ー线性反馈项的 极性选择，实现对其余两维信号的极性控制。上述的基于二次项非线性作用的新型混沌源及信号幅度与极性控制方法，其特征在于混沌信号源电路包含三条支路，每条支路包含乘积电路，求和积分运算电路，反相放大电路；信号幅度控制借助于变阻器或电位器对非线性乘积项的反馈强度的调节来实现；信号的极性控制借助于开关对线性反馈信号极性的选择控制来实现。上述的基于二次项非线性作用的新型混沌源，其特征在于包含三个乘积项生成电路，每条支路包含其余两条支路输出信号乘积项的反馈输入。其中第一条支路为负反馈输入，第二条和第三条支路均为正反馈输入。上述的基于二次项非线性作用的新型混沌源，其特征在于第一条支路除了乘积项反馈输入以外，还包含第一条支路输出信号的正反馈输入；第二条支路除了乘积项反馈输入以外，还包含第二条支路输出信号的负反馈输入；第三条支路除了乘积项反馈输入以外，还包含第二条支路和本条支路的负反馈信号输入。上述的基于二次项非线性作用的新型混沌源，其特征在于该电路所产生的混沌吸引子在Xy平面的投影和在XZ平面的投影具有明显的实心与空心球形互补结构，混沌吸引子在三维空间中存在多个羽翼状的演变流形，相互交错缠绕。上述的信号幅度控制方法，其特征在于包含局部幅度调节和全局幅度调节。局部幅度调节在第一条支路中通过ー个变阻器或者电位器对乘积项反馈输入强度的调节，从而实现对其他两条支路输出混沌信号幅度的调节。上述的信号幅度控制方法，其特征在于全局幅度调节通过ー个三联电位器，将三条支路中的乘积项反馈强度进行同步调节，从而实现全部支路输出混沌信号的幅度调节。局部幅度调节和全局幅度调节的调节函数关系都取决于电位器的阻值变化规律。上述的信号幅度控制方法，其特征在于信号幅度控制有四种基本模式局部调控，全局调控，先局部调控后全局调控，先全局调控后局部调控，四种模式适应不同的工作需要。上述的信号极性控制方法，其特征在于通过对于线性反馈项信号极性的调整实现电路输出混沌信号的极性控制。通过ー个开关的切換作用实现了混沌信号在空间的动力学轨迹的极性跳变。上述的信号幅度控制方法，其特征在于通过选择电阻值变化和转动角度成不同关系的电位器调节幅度控制的速度，A型、B型和C型电位器，其电阻值变化和转动角度依次成线性关系、对数关系和指数关系；B型电位器刚开始旋转时电阻值变化较小，在转动角度到某ー临界吋，电阻值迅速増大；而C型电位器刚开始旋转时电阻值变化较大，当转动角度到某一临界值吋，电阻值变化趋缓。这可以根据工程需要进行选择。本发明的优点采用三个非线性项乘积运算的乘法器，通过三路积分求和运算电路，输出奇特的多翼缠绕的混沌吸引子。通过电位器调节其中ー个特定非线性乘积项的反馈强度，调节另两路混沌信号的信号強度，实现混沌信号幅度的局部调整；通过三联电位器对所有二次项反馈強度的调整，实现对输出混沌信号的全局调整；通过ー个切换开关对线性反馈项反馈极性的选择控制，实现其中部分混沌信号的极性控制。信号源电路简単，幅度与极性可控降低了电路实现和调试难度，为信号源电路应用于工程提供了便利。
图I多翼缠绕的混沌吸引子在x-y-z空间的不同角度视图。图2混沌吸引子在相平面上的投影图。其中图(a)是x-y平面图，图(b)是x_z平面，(c)y-z平面图。图3混沌信号源局部调幅原理电路图。图4混沌信号源全局调幅原理电路图。图5混沌信号源电路输出混沌吸引子(a) x-y平面图(b)是x_z平面图(C)是y_z平面6混沌信号源电路输出极性颠倒以后的混沌吸引子。
具体实施例方式I基于二次项非线性作用的新型混沌信号源电路的结构与连接本发明基于以下通过二次项实现非线性作用的混沌动力学方程，
权利要求
1.基于二次项非线性作用的新型混沌源及信号幅度与极性控制方法，其特征在于信号源电路包含三条支路，每条支路包含乘积电路，求和积分运算电路，反相放大电路；信号幅度控制借助于变阻器或电位器对非线性乘积项的反馈强度的调节来实现；信号的极性控制借助于开关对线性反馈信号极性的选择控制来实现。
2.权利要求I所述的基于二次项非线性作用的新型混沌源，其特征在于包含三个乘积项生成电路，每条支路包含其余两条支路输出信号乘积项的反馈输入，其中第一条支路为负反馈输入，第二条和第三条支路均为正反馈输入。
3.权利要求I所述的基于二次项非线性作用的新型混沌源，其特征在于第一条支路除了乘积项反馈输入以外，还包含第一条支路输出信号的正反馈输入；第二条支路除了乘积项反馈输入以外，还包含第二条支路输出信号的负反馈输入；第三条支路除了乘积项反馈输入以外，还包含第二条支路和本条支路的负反馈信号输入。
4.权利要求I所述的基于二次项非线性作用的新型混沌源，其特征在于该电路所产生的混沌吸引子在xy平面的投影和在xz平面的投影具有明显的实心与空心球形互补结构，混沌吸引子在三维空间中存在多个羽翼状的演变流形，相互交错缠绕。
5.权利要求I所述的信号幅度控制方法，其特征在于包含局部幅度调节和全局幅度调节；局部幅度调节在第一条支路中通过ー个变阻器或者电位器对乘积项反馈输入强度的调节，从而实现对其他两条支路输出混沌信号幅度的调节。
6.权利要求I所述的信号幅度控制方法，其特征在于全局幅度调节通过ー个三联电位器，将三条支路中的乘积项反馈强度进行同步调节，从而实现全部支路输出混沌信号的幅度调节；局部幅度调节和全局幅度调节的调节函数关系都取决于所选用的电位器的阻值变化规律。
7.权利要求I所述的信号幅度控制方法，其特征在于信号幅度控制有四种基本模式局部调控，全局调控，先局部调控后全局调控，先全局调控后局部调控，四种模式适应不同的工作需要。
8.权利要求I所述的信号极性控制方法，其特征在于通过对于线性反馈项信号极性的调整实现电路输出混沌信号的极性控制，通过ー个开关的切換作用实现了混沌信号在空间的动力学轨迹的极性跳变。
9.权利要求5所述的信号幅度控制方法，通过选择电阻值变化和转动角度成不同关系的电位器调节幅度控制的速度，A型、B型和C型电位器，其电阻值变化和转动角度依次成线性关系、对数关系和指数关系型电位器刚开始旋转时电阻值变化较小，在转动角度到某ー临界吋，电阻值迅速増大；而C型电位器刚开始旋转时电阻值变化较大，当转动角度到某一临界值吋，电阻值变化趋缓。
全文摘要
本发明公开了一种基于二次项非线性作用的新型混沌源电路以及相应的信号幅度与极性控制方法。特点是采用三个乘法器构成的乘法电路，七个电阻(部分为变阻器或电位器)、三个电容和三个运算放大器构成的积分求和电路，四个电阻和两个运算放大器构成的反相放大电路实现奇特混沌吸引子的输出。利用电位器对乘积信号反馈强度的局部调节以及同步调节，实现输出信号幅度的部分以及整体控制。利用开关对线性反馈信号极性的选择控制，实现两路混沌信号的极性控制。本发明的局部幅度控制放弃了一个变量的幅值变化，极性控制只是针对其中两个状态变量而言。信号源电路简单，吸引子奇特，幅度可调、极性可控，可广泛用于混沌雷达，保密通信等领域。
文档编号H04L9/00GK102957530SQ20121039565
公开日2013年3月6日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者李春彪, 伊浩盛·波海丽文, 朱利安·克林顿·斯普劳特 申请人:江苏经贸职业技术学院