專利名稱：多折疊環(huán)面混沌電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電路，特別是混沌電路，具體是指一種多折疊環(huán)面混沌電路。
背景技術(shù)：
1、如何產(chǎn)生用于混沌保密通信中所需的各種混沌電路是近年來非線性電路與系統(tǒng)學(xué)科研究的一個新領(lǐng)域，目前在國際上已取得了一系列相關(guān)的研究成果，如雙渦卷蔡氏電路、多渦卷蔡氏電路、MCK超混沌電路、雙折疊環(huán)面混沌電路、三維網(wǎng)格多渦卷混沌電路、時滯混沌電路、洛倫茲電路等。
2、在國內(nèi)，中國科學(xué)院電子學(xué)研究所尹元昭研究員在蔡氏電路的基礎(chǔ)上，于1998年發(fā)明了變形蔡氏電路(申請?zhí)?7112067)，華南理工大學(xué)丘水生教授于2003年發(fā)明了混沌加密與傳統(tǒng)加密性能互補(bǔ)的級聯(lián)信息加密系統(tǒng)(申請?zhí)?2149793)，趙耿于2002年發(fā)明了數(shù)字流混沌產(chǎn)生器(申請?zhí)?2204186)，張紅雨于2002年發(fā)明了混沌密碼序列發(fā)生器(申請?zhí)?2113227)等。
3、在國外和港澳地區(qū)，Yalcin等率先通過電路實驗，用分段線性函數(shù)的方法，在蔡氏電路中獲取了多渦卷混沌吸引子的實驗結(jié)果。Tang等提出了用正弦函數(shù)的方法在蔡氏電路中產(chǎn)生多渦卷混沌吸引子，Zhong等則進(jìn)一步報道了利用分段線性函數(shù)，能在蔡氏電路中產(chǎn)生渦卷數(shù)量更多的多渦卷混沌吸引子。Han等研究了用時滯序列在二階電路中產(chǎn)生一維和二維多渦卷混沌吸引子的問題，Yalcin等提出了用階梯波序列來產(chǎn)生一維、二維和三維多渦卷混沌吸引子等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能產(chǎn)生多折疊環(huán)面的混沌電路。
本發(fā)明的主要內(nèi)容是，發(fā)明一種用多分段線性函數(shù)產(chǎn)生多折疊環(huán)面的混沌電路，通過開關(guān)的切換，可分別產(chǎn)生4種不同類型的多折疊環(huán)面混沌信號。
上述的多折疊環(huán)面混沌電路，該電路由子電路NC1、NC2、NL、NVI、NR、NS組成，其中NC1為等效電容產(chǎn)生電路，NC2為等效電容產(chǎn)生電路，NL為等效電感產(chǎn)生電路，NVI為電壓電流轉(zhuǎn)換器，NR為多分段線性函數(shù)產(chǎn)生器，NS為減法器；通過子電路NR中開關(guān)K1、K2、K3、K4、K5的切換，可產(chǎn)生不同類型的混沌信號；電路中各個部分的連接關(guān)系為(1)等效電容產(chǎn)生電路NC1的輸出端a與電壓電流轉(zhuǎn)換器NVI的輸出端d相連；(2)等效電容產(chǎn)生電路NC2的輸出端b與等效電感產(chǎn)生電路NL的輸出端c相并聯(lián)，并與電壓電流轉(zhuǎn)換器NVI的輸出端e相連；(3)多分段線性函數(shù)產(chǎn)生器NR的輸出端g與電壓電流轉(zhuǎn)換器NVI的輸入端f相連；(4)減法器NS的輸出端m與多分段線性函數(shù)產(chǎn)生器NR的輸入端h相連；(5)減法器NS的輸入端j分別與等效電容產(chǎn)生電路NC1的輸出端a、電壓電流轉(zhuǎn)換器NVI的輸出端d相連；減法器NS的輸入端k分別與等效電容產(chǎn)生電路NC2的輸出端b、等效電感產(chǎn)生電路NL的輸出端c、電壓電流轉(zhuǎn)換器NVI的輸出端e相連。
上述的多折疊環(huán)面的混沌電路還具有以下特征(1)當(dāng)開關(guān)K1、K2閉合，開關(guān)K3、K4、K5斷開，R12＝3.4k，R22＝181k，R32＝28.8k時，電路產(chǎn)生3折疊環(huán)面混沌信號；(2)當(dāng)開關(guān)K1、K2、K3閉合，開關(guān)K4、K5斷開，R12＝3.4k，R22＝48.4k，R32＝8.12k，R42＝191k，R52＝28.8k時，電路產(chǎn)生5折疊環(huán)面混沌信號；(3)當(dāng)開關(guān)K1、K2、K3、K4閉合，開關(guān)K5斷開，R12＝3.4k，R22＝30k，R32＝5.25k，R42＝69k，R52＝9.78k，R62＝181k，R72＝28.8k時，電路產(chǎn)生7折疊環(huán)面混沌信號；(4)當(dāng)開關(guān)K1、K2、K3、K4、K5均閉合，R12＝3.4k，R22＝15.3k，R32＝2.95k，R42＝36.2k，R52＝4.66k，R62＝48.4k，R72＝8.12k，R82＝191k，R92＝28.8k時，電路產(chǎn)生9折疊環(huán)面混沌信號。


圖1為多折疊環(huán)面混沌電路圖。
其中NC1為等效電容產(chǎn)生電路，NC2為等效電容產(chǎn)生電路，NL為等效電感產(chǎn)生電路，NVI為電壓電流轉(zhuǎn)換器，NR為多分段線性函數(shù)產(chǎn)生器，NS為減法器，K1、K2、K3、K4、K5為開關(guān)圖2為3折疊環(huán)面在x-y平面上相圖的計算機(jī)模擬結(jié)果。
圖3為3折疊環(huán)面在三維空間x-y-z中相圖的計算機(jī)模擬結(jié)果。
圖4為5折疊環(huán)面在x-y平面上相圖的計算機(jī)模擬結(jié)果。
圖5為5折疊環(huán)面在三維空間x-y-z中相圖的計算機(jī)模擬結(jié)果。
圖6為7折疊環(huán)面在x-y平面上相圖的計算機(jī)模擬結(jié)果。
圖7為7折疊環(huán)面在三維空間x-y-z中相圖的計算機(jī)模擬結(jié)果。
圖8為9折疊環(huán)面在x-y平面上相圖的計算機(jī)模擬結(jié)果。
圖9為9折疊環(huán)面在三維空間x-y-z中相圖的計算機(jī)模擬結(jié)果。
圖10為3折疊環(huán)面在x-y平面上相圖的電路實驗結(jié)果。
圖11為5折疊環(huán)面在x-y平面上相圖的電路實驗結(jié)果。
圖12為7折疊環(huán)面在x-y平面上相圖的電路實驗結(jié)果。
圖13為9折疊環(huán)面在x-y平面上相圖的電路實驗結(jié)果。
具體實施例方式
1、基本工作原理(1)根據(jù)圖1，可得電路的狀態(tài)方程為
C1=dvC1dt=-f(vC2-vC1)C2=dvC2dt=-f(vC2-vC1)-iLLdiLdt=vC2---(1)]]>式中的多分段線性函數(shù)f(vC2-vC1)可進(jìn)一步表為IN=f(vC2-vC1)=GN-1(vC2-vC1)+0.5Σi=1N-1(Gi-1-Gi)·(|vC2-vC1+Ei|-|vC2-vC1-Ei|)]]>該函數(shù)可由3個子電路NS、NR、NVI加以實現(xiàn)。當(dāng)多分段線性函數(shù)f(vC2-vC1)中N＝2時，可產(chǎn)生3折疊環(huán)面，當(dāng)多分段線性函數(shù)f(vC2-vC1)中N＝3時，可產(chǎn)生5折疊環(huán)面，當(dāng)多分段線性函數(shù)f(vC2-vC1)中N＝4時，可產(chǎn)生7折疊環(huán)面，當(dāng)多分段線性函數(shù)f(vC2-vC1)中N＝5時，可產(chǎn)生9折疊環(huán)面。
(2)NC1為等效電容C1產(chǎn)生電路，等效電容C1的值與NC1中各元件參數(shù)之間的關(guān)系為C1=Rx2Rx4Cx5Rx1Rx3---(2)]]>將具體數(shù)值代入，可得C1＝1.29nF。
(3)NC2為等效電容C2產(chǎn)生電路，等效電容C2的值與NC2中各元件參數(shù)之間的關(guān)系為C2=Ry2Ry4Cy5Ry1Ry3---(3)]]>將具體數(shù)值代入，可得C2＝18.75nF。
(4)NL為等效電容L產(chǎn)生電路，等效電容L的值與NL中各元件參數(shù)之間的關(guān)系為L=Rz1Rz3Rz5Cz4Rz2---(4)]]>將具體數(shù)值代入，可得L＝15mH。
(5)除了圖1中NR已標(biāo)出的電阻值外，其余電阻Rn2(n＝1，2，…，9)的參數(shù)值可由表1來確定其大小。表1還進(jìn)一步說明了環(huán)面數(shù)量與開關(guān)Ki(i＝1，2，3，4，5)位置及電阻Rn2(n＝1，2，…，9)(單位為kΩ)的對應(yīng)關(guān)系。
(6)根據(jù)以上分析，可得產(chǎn)生3折疊環(huán)面、5折疊環(huán)面、7折疊環(huán)面、9折疊環(huán)面的計算機(jī)模擬結(jié)果分別如圖2～9所示。
2、電路元件和電源電壓的選擇圖1中所有的有源器件為運(yùn)算放大器，型號為TL082，電源電壓為±E＝±15V，實驗測得此時各運(yùn)算放大器輸出電壓的飽和值為Vsat＝±13.5V。為了便于電路實驗，為了保證電阻值的準(zhǔn)確性，圖1中所有電阻均采用精密可調(diào)電阻或精密可調(diào)電位器。
3、具體電路實施方案(1)圖1所示電路為產(chǎn)生3折疊環(huán)面、5折疊環(huán)面、7折疊環(huán)面、9折疊環(huán)面的優(yōu)選電路，可按圖1所示的電路連接各個電路元件。
(2)根據(jù)表1確定電路的參數(shù)，并通過開關(guān)Ki(i＝1，2，3，4，5)的轉(zhuǎn)換，可使圖1所示的電路分別產(chǎn)生3折疊環(huán)面、5折疊環(huán)面、7折疊環(huán)面和9折疊環(huán)面混沌信號。
(3)在實際硬件電路中，由于參數(shù)的離散性，實際電路參數(shù)可能與圖1所給出理論標(biāo)稱值略有區(qū)別，因此，需要通過微調(diào)的方法來改變等效電容C1、C2和等效電感L的大小，從而確定電路所需的實際參數(shù)值。根據(jù)(2)～(4)式，調(diào)節(jié)電阻Rx4的大小可改變C1的值，調(diào)節(jié)電阻Ry4的大小可改變C2的值，調(diào)節(jié)電阻RZ5的大小可改變L的值，微調(diào)量不超過圖中標(biāo)稱值的5％。
(4)將示波器接到圖1的節(jié)點(diǎn)a、b上，可觀察到3折疊環(huán)面、5折疊環(huán)面、7折疊環(huán)面、9折疊環(huán)面的硬件電路實驗結(jié)果分別如圖10～13所示。
表1

表1為環(huán)面數(shù)量與開關(guān)Ki(i＝1，2，3，4，5)位置及電阻Rn2(n＝1，2，…，9)(單位為kΩ)的對應(yīng)關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種多折疊環(huán)面混沌電路，其特征在于該電路由等效電容產(chǎn)生電路(NC1)、等效電容產(chǎn)生電路(NC2)、等效電感產(chǎn)生電路(NL)、電壓電流轉(zhuǎn)換器(NVI)、多分段線性函數(shù)產(chǎn)生器(NR)、減法器(NS)組成，通過子多分段線性函數(shù)產(chǎn)生器(NR)中開關(guān)(K1)、(K2)、(K3)、(K4)、(K5)的切換，可產(chǎn)生不同類型的混沌信號；電路中各個部分的連接關(guān)系為(1)等效電容產(chǎn)生電路(NC1)的輸出端(a)與電壓電流轉(zhuǎn)換器(NVI)的輸出端(d)相連；(2)等效電容產(chǎn)生電路(NC2)的輸出端(b)與等效電感產(chǎn)生電路(NL)的輸出端(c)相并聯(lián)，并與電壓電流轉(zhuǎn)換器(NVI)的輸出端(e)相連；(3)多分段線性函數(shù)產(chǎn)生器(NR)的輸出端(g)與電壓電流轉(zhuǎn)換器(NVI)的輸入端(f)相連；(4)減法器(NS)的輸出端(m)與多分段線性函數(shù)產(chǎn)生器(NR)的輸入端(h)相連；(5)減法器(NS)的輸入端(j)分別與等效電容產(chǎn)生電路(NC1)的輸出端(a)、電壓電流轉(zhuǎn)換器(NVI)的輸出端(d)相連；減法器(NS)的輸入端(k)分別與等效電容產(chǎn)生電路(NC2)的輸出端(b)、等效電感產(chǎn)生電路(NL)的輸出端(c)、電壓電流轉(zhuǎn)換器(NVI)的輸出端(e)相連。
2.按權(quán)利要求1所述的多折疊環(huán)面混沌電路，具有以下特征(1)當(dāng)兩組開關(guān)(K1)、(K2)閉合，三組開關(guān)(K3)、(K4)、(K5)斷開，R12＝3.4k，R22＝181k，R32＝28.8k時，電路產(chǎn)生3折疊環(huán)面混沌信號；(2)當(dāng)三組開關(guān)(K1)、(K2)、(K3)閉合，兩組開關(guān)(K4)、(K5)斷開，R12＝3.4k，R22＝48.4k，R32＝8.12k，R42＝191k，R52＝28.8k時，電路產(chǎn)生5折疊環(huán)面混沌信號；(3)當(dāng)四組開關(guān)(K1)、(K2)、(K3)、(K4)閉合，一組開關(guān)(K5)斷開，R12＝3.4k，R22＝30k，R32＝5.25k，R42＝69k，R52＝9.78k，R62＝181k，R72＝28.8k時，電路產(chǎn)生7折疊環(huán)面混沌信號；(4)當(dāng)五組開關(guān)(K1)、(K2)、(K3)、(K4)、(K5)均閉合，R12＝3.4k，R22＝15.3k，R32＝2.95k，R42＝36.2k，R52＝4.66k，R62＝48.4k，R72＝8.12k，R82＝191k，R92＝28.8k時，電路產(chǎn)生9折疊環(huán)面混沌信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多折疊環(huán)面的混沌電路，該電路由子電路N
文檔編號H04L9/28GK1787428SQ20041005252
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者禹思敏 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)