简易三维可调幅混沌信号发生器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种简易三维可调幅混沌信号发生器,包括三条支路、两个模拟选通门电路1和2,第一条支路包括两个输入端,分别接第一条支路输出信号的反相信号和第二条支路的输出端;第二条支路包括一个输入端,且第二条支路的输入端接在模拟选通门电路1的输出端,所述模拟选通门电路1的输入端信号为第三条支路输出信号;第三条支路包括两个输入端,并且第三条支路的一个输入端的信号是模拟选通门电路2的输出信号,第三条支路的另一个输入端接直流电源;模拟选通门电路2的输入端信号为第一条支路的输出信号;本发明采用两组模拟选通门电路,通过三路积分求和运算电路,输出具有大小可调控的类LORENZ混沌吸引子。
【专利说明】
简易H维可调幅混巧信号发生器
技术领域
[0001] 本发明属于电子、通讯与信息工程技术领域,特别设及一种简易=维可调幅混浊 信号发生器。
【背景技术】
[0002] 混浊作为一种宽带类随机信号,在通信、雷达等工程技术领域得到了广泛关注。基 于混浊信号的工程应用往往需要对混浊信号幅值进行放大、衰减,倘若从外部使用硬件设 备来完成运些信号调理作用,成本高,可靠性差;何况混浊信号宽带特性所对应的宽带滤波 器也不容易设计;混浊系统的初始值与参数敏感性,使得任何多余的电路元件或附加系统 都容易引发信号失真与变形。
[0003] 专利[授权号化200910183379.3]提出的一种可切换S阶恒Lyapunov指数谱混浊 电路,该电路通过绝对值项获得非线性效应,获得了不影响动力学行为的常数项。运一常数 控制项(实际对应于直流电源电压)可线性调节混浊信号幅度,而不改变系统的Lyapunov指 数谱。运一技术简化了混浊信号源的电路设计复杂度,克服了其它混浊产生器对设备要求 高、设备不稳定、整机庞大等缺点,也有效降低了电路调试难度,避免了附加电路的不稳定 性,但是,该专利所实现混浊吸引子结构相对简单;专利[授权号化201210395656.9]提出的 四翼混浊信号源电路,利用交叉乘积项实现非线性,相比于Lorenz系统多引入两个乘积反 馈项,实现了复杂的四翼混浊吸引子;且能够通过对交叉乘积项的反馈强度的调节来实现 其他两维混浊信号的幅度调控,但是,该专利所示电路只能实现二维混浊信号幅度调节。本 发明所提出的电路采用有别于绝对值项的模拟选通单元,得到对称而复杂的奇异吸引子, 可采用直流电源供电电压的大小或者一个变阻器来实现系统=维输出变量的幅度控制。
[0004] 目前混浊信号的幅度调控或是采用多个电阻的联调,W同时改变系统内部的多个 反馈项的系数来实现;或者是采用单端控制实现局部的幅度调控,也或者是采用单端控制 实现简单的混浊吸引子的尺度控制。如上发明或者在电路结构上比较复杂,或者输出的混 浊吸引子不够复杂,难W满足工程需要。本发明W两个模拟选通单元的采用为基本特征,结 合系统内部的两个线性反馈,利用直流控制项或者相应支路的可变电阻实现双翼混浊吸引 子的尺度调控。
【发明内容】
[0005] 发明目的:本发明提供一种简易=维可调幅混浊信号发生器,W解决现有技术中 的问题。
[0006] 技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
[0007] 一种简易=维可调幅混浊信号发生器,包括=条支路、两个模拟选通口电路1和2, 其中:第一条支路包括两个输入端,分别接第一条支路输出信号的反相信号和第二条支路 的输出端;第二条支路包括一个输入端,且第二条支路的输入端接在模拟选通口电路1的输 出端,所述模拟选通口电路1的输入端信号为第=条支路输出信号,而其选通控制信号是第 一条支路输出信号的反相信号;第=条支路包括两个输入端,并且第=条支路的一个输入 端的信号是模拟选通口电路2的输出信号,第=条支路的另一个输入端接直流电源;所述模 拟选通口电路2的输入端信号为第一条支路的输出信号,而其选通控制信号是第二条支路 输出信号的反相信号。
[000引进一步的,所述第一条支路包括求和积分运算单元U1、反相放大单元U2、电阻Rl、 R2、R3和R4W及电容Cl,其中:第一条支路输出端的反相信号经电阻Rl接求和积分运算单元 Ul的反相输入端,第二条支路的输出端经电阻R2接求和积分运算单元Ul的反相输入端,求 和积分运算单元Ul的反相输入端与电容Cl的一端相连,电容Cl的另一端和求和积分运算单 元Ul的输出端经电阻R3接反相放大单元U2的反相输入端,反相放大单元U2的反相输入端与 电阻R4的一端相连,并且电阻R4的另一端和反相放大单元U2的输出端接第一条支路的输出 JLjJU 乂而。
[0009] 进一步的,所述第二条支路包括模拟选通口电路1、求和积分运算单元U3、反相放 大单元U4、电阻R5、R6和R7 W及电容C2,其中,模拟选通口电路1的输出端经过电阻R5接求和 积分运算单元U3的反相输入端,求和积分运算单元U3的反相输入端与电容C2的一端相连, 电容C2的另一端和求和积分运算单元U3的输出端经电阻R6接反相放大单元U4的反相输入 端,反相放大单元U4的反相输入端与电阻R7的一端相连,并且电阻R7的另一端和反相放大 单元U4的输出端接第二条支路的输出端。
[0010] 进一步的,所述第=条支路包括模拟选通口电路2、直流电源Vcc、求和积分运算单 元U5、电阻R8、可变电阻或电位器R9W及电容C3,其中,模拟选通口电路2的输出端经过电阻 R8接求和积分运算单元U5的反相输入端,直流电源Vcc的正极经过可变电阻或电位器R9接 求和积分运算单元U5的反相输入端,求和积分运算单元U5的反相输入端与电容C3的一端相 连,电容C3的另一端接求和积分运算单元呪的输出端即第=条支路的输出端。
[0011] 进一步的,所述模拟选通口电路的包括两个运算放大器化、Ub,两个电阻Ra、Rb和 一个乘法器M,模拟选通口电路的选通输入信号S直接与其内部乘法器M的一个输入端相连, 而其选通控制信号C则通过两级运放连到内部乘法器M的另一个输入端;运算放大器化的反 相输入端连接选通控制信号,而其输出端连接到一个电阻Ra的一端,电阻Ra的另一端直接 连到另一个运算放大器化的反相输入端,且通过另一个电阻Rb直接连到运算放大器化的输 出端,经过两级运算放大器化和化W后的信号连到内部乘法器M的另一个输入端,乘法器M 的输出端给出模拟选通口电路选通输入信号S的选通信号W。
[0012] 进一步的,所述的简易=维可调幅混浊信号发生器电路,其输出=维信号的幅度 控制可通过所述直流电源供电电压Vcc的大小或者与之相连的可变电阻或电位器R9的调节 来实现。
[0013] 进一步的,所述积分求和运算单元U1、U3和呪的同相输入端均接地,反相放大单元 U2和U4的同相输入端均接地,直流电源Vcc的负极接地。
[0014] 进一步的,所述模拟选通口电路的运算放大器化和化的同相输入端均接地。
[0015] 有益效果:本发明采用两组模拟选通口电路,通过=路积分求和运算电路,输出具 有大小可调控的类LORENZ混浊吸引子。通过电位器或者可变电阻或者供电直流电压源调节 电路=条支路上混浊信号的信号强度,从而避免了重新尺度变换所带来的对多个反馈项的 调整。本方法降低了电路实现和调试的难度,为混浊信号源应用于工程提供了便利。
【附图说明】
[0016] 图1是混浊系统输出相轨在相平面上的投影;其中:图(a)是x-y平面图,图(b)是 X-Z平面,(c)y-z平面图;
[0017] 图2是简易S维可调幅混浊信号发生器的电路原理图;
[0018] 图3是简易S维可调幅混浊信号发生器中模拟选通口电路内部结构图;
[0019] 图4是简易S维可调幅混浊信号发生器输出信号示波器相轨图(Ci = C2 = C3 = lnF, Ri = Rs = Rs = Rs = Rs = look Q,R3 = R4 = R6 = R7 = Rio = Rii = IOk Q ,Vcc = IV):其中:图(a)是 x-y平面图,图(b)是X-Z平面,(c)y -Z平面图(d)实际电路与不波器显不。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
[0021] 一种简易=维可调幅混浊信号发生器,W=个支路的积分求和电路为框架,通过 两个模拟选通口电路、两个线性反馈项和一个直流输入控制项,输出较为复杂的类LORENZ 混浊吸引子,得到=路混浊信号。通过第=维中的直流输入控制,实现对系统输出=维信号 的幅度调节。
[0022] 一种简易=维可调幅混浊信号发生器,包括=条支路、两个模拟选通口电路1和2, 其中:第一条支路包括两个输入端,分别接第一条支路输出信号的反相信号和第二条支路 的输出端;第二条支路包括一个输入端,且第二条支路的输入端接在模拟选通口电路1的输 出端,所述模拟选通口电路1的输入端信号为第=条支路输出信号,而其选通控制信号是第 一条支路输出信号的反相信号;第=条支路包括两个输入端,并且第=条支路的一个输入 端的信号是模拟选通口电路2的输出信号,第=条支路的另一个输入端接直流电源;所述模 拟选通口电路2的输入端信号为第一条支路的输出信号,而其选通控制信号是第二条支路 输出信号的反相信号。
[0023] 所述第一条支路包括求和积分运算单元U1、反相放大单元U2、电阻R1、R2、R3和R4 W及电容Cl,其中:第一条支路输出端的反相信号经电阻Rl接求和积分运算单元Ul的反相 输入端,第二条支路的输出端经电阻R2接求和积分运算单元Ul的反相输入端,求和积分运 算单元Ul的反相输入端与电容Cl的一端相连,电容Cl的另一端和求和积分运算单元Ul的输 出端经电阻R3接反相放大单元U2的反相输入端,反相放大单元U2的反相输入端与电阻R4的 一端相连,并且电阻R4的另一端和反相放大单元U2的输出端接第一条支路的输出端。
[0024] 所述第二条支路包括模拟选通口电路1、求和积分运算单元U3、反相放大单元U4、 电阻R5、R6和R7W及电容C2,其中,模拟选通口电路1的输出端经过电阻R5接求和积分运算 单元U3的反相输入端,求和积分运算单元U3的反相输入端与电容C2的一端相连,电容C2的 另一端和求和积分运算单元U3的输出端经电阻R6接反相放大单元U4的反相输入端,反相放 大单元U4的反相输入端与电阻R7的一端相连,并且电阻R7的另一端和反相放大单元U4的输 出端接第二条支路的输出端。
[0025] 所述第S条支路包括模拟选通口电路2、直流电源Vcc、求和积分运算单元U5、电阻 R8、可变电阻或电位器R9W及电容C3,其中,模拟选通口电路2的输出端经过电阻R8接求和 积分运算单元U5的反相输入端,直流电源Vcc的正极经过可变电阻或电位器R9接求和积分 运算单元U5的反相输入端,求和积分运算单元U5的反相输入端与电容C3的一端相连,电容 C3的另一端接求和积分运算单元U5的输出端即第=条支路的输出端。
[0026] 所述模拟选通口电路的包括两个运算放大器化、Ub,两个电阻Ra、肺和一个乘法器 M,模拟选通口电路的选通输入信号S直接与其内部乘法器M的一个输入端相连,而其选通控 制信号C则通过两级运放连到内部乘法器M的另一个输入端;运算放大器化的反相输入端连 接选通控制信号,而其输出端连接到一个电阻Ra的一端,电阻Ra的另一端直接连到另一个 运算放大器师的反相输入端,且通过另一个电阻Rb直接连到运算放大器化的输出端,经过 两级运算放大器化和化W后的信号连到内部乘法器M的另一个输入端,乘法器M的输出端给 出模拟选通口电路选通输入信号S的选通信号W。
[0027] 所述积分求和运算单元U1、U3和U5的同相输入端均接地,反相放大单元U2和U4的 同相输入端均接地,直流电源Vcc的负极接地。
[00%]所述模拟选通口电路的运算放大器化和化的同相输入端均接地。
[0029] 简易S维可调幅混浊信号发生器的描述方程与电路结构,本发明的电路可W用如 下的动力学系统方程来描述,
[0030]
(1)
[0031] 该方程从形式上来看,包含两个简单一次项反馈,两个包含符号函数的开关选择 单元W及一个常数项。当b=l时,系统输出混浊吸引子,如图1所示,此时系统所对应的李雅 谱诺夫指数为(0.1223,0,-1.1223)。上述系统可由=条支路构成的封闭反馈系统来实现, 当采用=路积分求和运算回路来实现时,电路图如图2所示,上述数学方程转化为更加具体 的电路方程,
[00 创
口)
[0033] 电路方程与系统动力学方程相一致。运里,系统中各个反馈项的系数通过电阻和 电容的联合设置来实现,而常数项b所对应的信号幅度控制端可W通过变阻器R9或者供电 电压Vcc的调整来实现。电路产生的混浊相轨在示波器上的显示如图4所示。
[0034] 本发明W=个支路的积分求和电路为框架,通过两个模拟选通口电路、两个线性 反馈项和一个直流输入控制项,输出较为复杂的类LORENZ混浊吸引子,得到S路混浊信号。 通过第=维中的直流输入控制,实现对系统输出=维信号的幅度调节。
[0035] 一种简易=维可调幅混浊信号发生器,包括=条支路,其中,第一条支路包括两个 输入端,分别接第一条支路输出信号的反相信号和第二条支路的输出端;第二条支路只包 含一个输入端,且运一输入端接在模拟选通口电路1的输出端,所述模拟选通口电路1的输 入端信号为第=条支路输出信号,而其选通控制信号是第一条支路输出信号的反相信号; 第=条支路包括两个输入端,并且第=条支路的第一个输入端的信号是模拟选通口电路2 的输出信号,第=条支路的第二个输入端接一个直流电源;所述模拟选通口电路2的输入端 信号为第一条支路的输出信号,而其选通控制信号是第二条支路输出信号的反相信号。
[0036] 所述第一条支路包括求和积分运算单元Ul、反相放大单元U2、电阻Rl、电阻R2、电 阻R3、电阻R4W及电容Cl,其中,第一条支路输出端的反相信号经电阻Rl接求和积分运算单 元Ul的反相输入端,第二条支路的输出端经电阻R2接求和积分运算单元Ul的反相输入端, 积分求和运算单元Ul的同相输入端接地,求和积分运算单元Ul的反相输入端与电容Cl的一 端相连,电容Cl的另一端和求和积分运算单元Ul的输出端经电阻R3接反相放大单元U2的反 相输入端,反相放大单元U2的同相输入端接地,反相放大单元U2的反相输入端与电阻R4的 一端相连,并且电阻R4的另一端和反相放大单元U2的输出端接第一条支路的输出端。
[0037] 所述第二条支路包括模拟选通口电路1、求和积分运算单元U3、反相放大单元U4、 电阻R5、电阻R6、电阻R7 W及电容C2,其中,模拟选通口电路1的输出端经过电阻R5接求和积 分运算单元U3的反相输入端,积分求和运算单元U3的同相输入端接地,求和积分运算单元 U3的反相输入端与电容C2的一端相连,电容C2的另一端和求和积分运算单元U3的输出端经 电阻R6接反相放大单元U4的反相输入端,反相放大单元U4的同相输入端接地,反相放大单 元U4的反相输入端与电阻R7的一端相连,并且电阻R7的另一端和反相放大单元U4的输出端 接第二条支路的输出端。
[0038] 所述第S条支路包括模拟选通口电路2、直流电源Vcc、求和积分运算单元U5、电阻 R8、可变电阻或电位器R9W及电容C3,其中,模拟选通口电路2的输出端经过电阻R8接求和 积分运算单元U5的反相输入端,直流电源Vcc的正极经过可变电阻或电位器R9接求和积分 运算单元呪的反相输入端,直流电源Vcc的负极接地,积分求和运算单元U5的同相输入端接 地,求和积分运算单元U5的反相输入端与电容C3的一端相连,电容C3的另一端接求和积分 运算单元呪的输出端即第=条支路的输出端。
[0039] 所述的简易=维可调幅混浊信号发生器电路,其输出=维信号的幅度控制可通过 所述直流电源供电电压Vcc的大小或者与之相连的可变电阻或电位器R9的调节来实现。
[0040] 所述的简易=维可调幅混浊信号发生器电路,其中包含的模拟选通口电路的一种 参考实现方法是由两个运算放大器化、Ub,两个电阻Ra、Rb和一个乘法器M来实现。模拟选通 口电路的选通输入信号S直接与其内部乘法器M的一个输入端相连,而其选通控制信号C则 通过两级运放连到内部乘法器M的另一个输入端。两级运算放大器的同相输入端接地,一个 运算放大器化的反相输入端连接选通控制信号,而其输出端连接到一个电阻Ra的一端,电 阻Ra的另一端直接连到另一个运放化的反相输入端,且通过另一个电阻肺直接连到运放化 的输出端,经过两级运放化和化W后的信号连到内部乘法器M的另一个输入端,乘法器M的 输出端给出模拟选通口电路选通输入信号S的选通信号W。
[0041] 所述的简易=维可调幅混浊信号发生器电路,其输出=维信号的幅度控制可通过 所述直流电源供电电压Vcc的大小或者与之相连的可变电阻或电位器R9的调节来实现。
[0042] 形如z*sgn(x)的函数,由模拟选通口电路来实现。该电路包含两个输入端,即选通 控制信号端C和选通输入信号端S;输出选通信号W,选通信号W从选通输入信号S得到。如果 选通控制信号C是正极性,输出的是选通输入信号S本身,即W = S;如果选通控制信号C是负 极性,输出的是选通输入信号S的反相信号,即W = -S;如果选通控制信号C是零,输出的也是 零信号,即w = 0。模拟选通口电路的一种参考实现方法是由两个运算放大器化、邮,两个电 阻Ra、Rb和一个乘法器M来实现。模拟选通口电路的选通输入信号S直接与其内部乘法器M的 一个输入端相连,而其选通控制信号C则通过两级运放连到内部乘法器M的另一个输入端。 两级运算放大器的同相输入端接地,一个运算放大器化的反相输入端连接选通控制信号, 而其输出端连接到一个电阻Ra的一端,电阻Ra的另一端直接连到另一个运放化的反相输入 端,且通过另一个电阻Rb直接连到运放化的输出端,经过两级运放化和化W后的信号连到 内部乘法器M的另一个输入端,乘法器M的输出端给出模拟选通口电路选通输入信号S的选 通信号W。幅度控制方法
[0043] 幅度控制的实现:输出=维信号的幅度控制可通过所述直流电源供电电压Vcc的 大小或者与之相连的可变电阻或电位器R9的调节来实现。由方程(2)可知,当Vcc增加时,输 出的S维信号也随之线性同比例增加,而当可变电阻或电位器R9增加时,输出的S维信号 随之非线性反比例减少,运可由b^lcb,,y^ky,Z^kz,,系统表达式(1)的不变性 得到证明。
[0044] 本发明属于电子、通讯、与信息工程类技术,设及一种非线性混浊信号发生器的设 计,通过两个内部非线性反馈支路、两个线性反馈支路和一个外部直流输入,输出混浊信 号,信号幅度可W通过外部直流输入电压的大小来直接调节。本发明实现的混浊信号源电 路设计,可广泛应用于仪器仪表、雷达与通信等领域。
[0045] W上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人 员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可W做出若干改进和润饰,运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种简易三维可调幅混沌信号发生器,其特征在于:包括三条支路、两个模拟选通门 电路1和2,其中:第一条支路包括两个输入端,分别接第一条支路输出信号的反相信号和第 二条支路的输出端;第二条支路包括一个输入端,且第二条支路的输入端接在模拟选通门 电路1的输出端,所述模拟选通门电路1的输入端信号为第三条支路输出信号,而其选通控 制信号是第一条支路输出信号的反相信号;第三条支路包括两个输入端,并且第三条支路 的一个输入端的信号是模拟选通门电路2的输出信号,第三条支路的另一个输入端接直流 电源;所述模拟选通门电路2的输入端信号为第一条支路的输出信号,而其选通控制信号是 第二条支路输出信号的反相信号。2. 根据权利要求1所述的简易三维可调幅混沌信号发生器,其特征在于:所述第一条支 路包括求和积分运算单元U1、反相放大单元U2、电阻R1、R2、R3和R4以及电容C1,其中:第一 条支路输出端的反相信号经电阻R1接求和积分运算单元U1的反相输入端,第二条支路的输 出端经电阻R2接求和积分运算单元U1的反相输入端,求和积分运算单元U1的反相输入端与 电容C1的一端相连,电容C1的另一端和求和积分运算单元U1的输出端经电阻R3接反相放大 单元U2的反相输入端,反相放大单元U2的反相输入端与电阻R4的一端相连,并且电阻R4的 另一端和反相放大单元U2的输出端接第一条支路的输出端。3. 根据权利要求2所述的简易三维可调幅混沌信号发生器,其特征在于:所述第二条支 路包括模拟选通门电路1、求和积分运算单元U3、反相放大单元U4、电阻R5、R6和R7以及电容 C2,其中,模拟选通门电路1的输出端经过电阻R5接求和积分运算单元U3的反相输入端,求 和积分运算单元U3的反相输入端与电容C2的一端相连,电容C2的另一端和求和积分运算单 元U3的输出端经电阻R6接反相放大单元U4的反相输入端,反相放大单元U4的反相输入端与 电阻R7的一端相连,并且电阻R7的另一端和反相放大单元U4的输出端接第二条支路的输出 端。4. 根据权利要求3所述的简易三维可调幅混沌信号发生器,其特征在于:所述第三条支 路包括模拟选通门电路2、直流电源Vcc、求和积分运算单元U5、电阻R8、可变电阻或电位器 R9以及电容C3,其中,模拟选通门电路2的输出端经过电阻R8接求和积分运算单元U5的反相 输入端,直流电源Vcc的正极经过可变电阻或电位器R9接求和积分运算单元U5的反相输入 端,求和积分运算单元U5的反相输入端与电容C3的一端相连,电容C3的另一端接求和积分 运算单元U5的输出端即第三条支路的输出端。5. 根据权利要求4所述的简易三维可调幅混沌信号发生器,其特征在于:所述模拟选通 门电路包括两个运算放大器Ua、Ub,两个电阻Ra、Rb和一个乘法器M,模拟选通门电路的选通 输入信号s直接与其内部乘法器Μ的一个输入端相连,而其选通控制信号c则通过两级运放 连到内部乘法器Μ的另一个输入端;运算放大器Ua的反相输入端连接选通控制信号,而其输 出端连接到一个电阻Ra的一端,电阻Ra的另一端直接连到另一个运算放大器Ub的反相输入 端,且通过另一个电阻Rb直接连到运算放大器Ub的输出端,经过两级运算放大器Ua和Ub以 后的信号连到内部乘法器Μ的另一个输入端,乘法器Μ的输出端给出模拟选通门电路选通输 入信号s的选通信号w。6. 根据权利要求4所述的简易三维可调幅混沌信号发生器,其特征在于:所述积分求和 运算单元U1、U3和U5的同相输入端均接地,反相放大单元U2和U4的同相输入端均接地,直流 电源Vcc的负极接地。7.根据权利要求5所述的简易三维可调幅混沌信号发生器,其特征在于:所述模拟选通 门电路的运算放大器Ua和Ub的同相输入端均接地。
【文档编号】H04L9/00GK105846991SQ201610393814
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】李春彪, 张裕成, 王雄, 胡文
【申请人】南京信息工程大学