专利名称：四翼混沌信号源电路及其信号幅度控制方法
技术领域：
本发明涉及一种混沌信号源电路的设计，通过引入四个交叉乘积项的反馈输入，结合部分线性项和直流控制项的反馈输入，实现一种四翼混沌吸引子。所输出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。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：
混沌作为一种复杂的非线性现象，过去几十年来在科学及工程应用领域得到了极大关注，混沌信号应用于雷达与通信系统已经成为极为活跃的研究领域。基于 混沌信号的工程应用往往需要对混沌信号的幅值进行一定程度的放大、衰减，倘若使用额外的硬件来完成这些放大或者衰减作用，需要较大的成本；混沌信号的宽频特性，又使得宽带滤波器的设计也非易事；混沌系统对于初始值与系统参数呈现敏感性，在使用混沌信号过程中，多引入的电路元件或者附加系统往往会引入信号的失真与变形。专利[授权号ZL200910183379. 3]提出的一种可切换三阶恒Lyapunov指数谱混沌电路，该电路通过起分段线性作用的绝对值项来实现非线性化，从而使得该类混沌系统的动力学行为不受常数控制项的影响。通过常数控制项(实际对应于直流电源电压)的调整可以线性调节混沌电路输出的信号幅度，而系统保持恒定的Lyapunov指数谱。这一技术大大简化了混沌信号源电路设计的复杂度，克服了其它混沌电路对设备要求高、设备不稳定、整机系统庞大、工程投资较大的缺点，降低了电路调试的难度，削除了许多附加电路的不稳定性，同时也为混沌信号源的设计提出了新的思路和参考。本发明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，从而实现四翼混沌吸引子，吸引子复杂。充分利用混沌动力学系统方程的特征，牺牲一维状态变量的变化，通过对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幅度调控。反馈强度的调节特性影响幅度控制的特性，若反馈强度线性变化，则信号幅度以负二分之一方规律变化；若反馈强度呈二次方规律变化，则信号幅度呈反比例规律变化；若反馈强度呈负二次方规律变化，则信号幅度呈线性规律变化。混沌信号的二维输出信号的幅度的自由调控为混沌加密，混沌雷达等工程应用提供了重要的基础。可以利用幅度调控方法增加保密性能；可以利用幅度调控得到混沌应用系统所需要的信号强度。
发明内容
本发明以四个非线性二次反馈项为基本特征，结合三个线性项和一个常数项的反馈，实现具有四翼的混沌吸引子，产生工程应用所需要的幅度可以调节的混沌信号。牺牲其中一维混沌信号的变化，实现其余两维信号的幅度调控。通过对非线性反馈项的强度调节函数的改变，实现对其余两维混沌信号的幅度调控曲线。本发明提出的四翼混沌信号源电路不同于其他混沌电路，产生具有四个演变区域(即所谓四翼)的混沌吸引子流，通过对其中一个乘法器输出二次项反馈强度的调控实现其他两维混沌信号的幅度调控。
本发明的技术解决方案包含四翼混沌信号源电路及其信号幅度控制方法，以三个支路的积分求和电路为框架，通过四个交叉乘积项、三个线性项和一个直流控制项的反馈输入，输出四翼混沌吸引子，得到三路混沌信号。通过在第三维非线性交叉乘积项中引入控制因子(系数控制参数)，实现对其余两维信号的幅度调节。上述的四翼混沌信号源电路及其信号幅度控制方法，其特征在于四翼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；信号幅度控制是借助于可变电阻对某一非线性乘积项的反馈强度的调节。上述的四翼混沌信号源电路，其特征在于包含四个乘积项生成电路，每条支路包含其余两条支路输出信号乘积项的反馈输入，第二条支路还包含第一条支路乘积项的反馈输入。上述的四翼混沌信号源电路，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和第二条支路输出信号的正反馈输入；第二条支路只包含乘积项反·馈输入；第三条支路除了乘积项反馈输入以外，还包含本条支路的负反馈信号输入和一个直流控制输入。上述的信号幅度控制方法，其特征在于在第三条支路中通过一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，其特征在于反馈强度的调节规律通过选择电位器的种类来实现线性调节电位器，指数调节电位器和对数调节电位器，来实现信号幅度的不同控制规律。线性调节反馈强度，实现信号幅度的负二分之一次方规律变化，指数调节电位器和对数调节电位器也实现相应的调控。本发明的优点采用四个实现非线性项乘积运算的乘法器，通过三路积分求和运算电路，输出具有四个翅膀的混沌吸引子。通过电位器调节其中一特定非线性乘积项的反馈强度，调节其中另两路混沌信号的信号强度，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，为混沌信号源应用于工程提供了便利。
图I四翼混沌系统奇怪吸引子在相平面上的投影图。其中图(a)是x-y-z三维图，(b)是x-y平面图，图(C)是x-z平面，(d)y-z平面2可调幅的四翼混沌信号源电路原理图。图3四翼混沌信号源电路通过幅度调节电位器调节输出信号幅度。图示是幅度受到调节以后的混沌吸引子(a) x-y平面图(R7 = 40kQ) (b)是x_z平面图(R7 = 40kQ) (c)是 x-y 平面图(R7 = 20k Q ) (d)是 x-z 平面图(R7 = 20k Q ) (e)是 x-y 平面图(R7= IOkQ)(f)是 x-z 平面图(R7 = IOkQ)
具体实施例方式I四翼混沌信号源电路的结构与连接本发明设计了以下混沌动力学方程，
权利要求
1.四翼混沌信号源电路及其信号幅度控制方法，其特征在于四翼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；信号幅度控制通过可变电阻或者电位器对某一非线性乘积项的反馈强度的调节来实现。
2.权利要求I所述的四翼混沌信号源电路，其特征在于包含四个乘积项生成电路，每条支路包含其余两条支路输出信号乘积项的反馈输入；第二条支路还包含第一条支路乘积项的反馈输入。
3.权利要求I所述的四翼混沌信号源电路，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和第二条支路输出信号的正反馈输入；第二条支路只包含非线性乘积项反馈输入；第三条支路除了乘积项反馈输入以外，还包含本条支路的负反馈信号输入和一个直流输入。
4.权利要求I所述的四翼混沌信号源电路，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yz平面的投影有明显的两组对称的四翼，两组翅膀有不同规模的演变范围。
5.权利要求I所述的信号幅度控制方法，其特征在于在第三条支路中通过一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，其特征在于反馈强度的调节规律通过选择电位器的种类来实现线性调节电位器，指数调节电位器和对数调节电位器，来实现信号幅度的不同控制规律。
全文摘要
本发明公开了四翼混沌信号源电路及其信号幅度控制方法。其特点是采用四个乘法器构成的乘法电路，八个电阻(其中一个为可调电阻或者电位器)、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以及一个直流供电电源实现四翼混沌信号的输出；电路分三条支路，利用可调电阻对第三维支路的乘积信号的反馈强度进行调节实现另两路混沌信号的幅度控制。本发明信号幅度控制通过牺牲一个系统变量的幅值变化来换取另外两个系统变量的幅度调控自由度，从而得到满足工程需要的幅度可控的混沌信号。本发明电路简单，可灵活调控混沌信号幅度至所需范围，可广泛应用于混沌雷达，保密通信与流体搅拌。
文档编号H03K19/00GK102970020SQ20121039565
公开日2013年3月13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