基于DSP?Builder的变时滞超混沌数字电路设计方法及电路，将三维经典系统扩展构成新的四维超系统，通过优化的离散化方程对超混沌系统进行离散化处理，设计实现了超混沌系统族的数字电路；设计可便捷调整采样频率的数字积分器；数字系统中分别引入固定的时滞和变时滞控制器，构造变时滞超混沌数字电路。本发明专利技术的变时滞超混沌序列随机度很高，且生成速度快，而且本电路采用的运算均为简单的逻辑和代数运算，便于用硬件实现，成本相对低廉；本发明专利技术数字电路生成的变时滞超混沌数字序列具有极高的复杂性和稳定性，可以作为实用的混沌调制和混沌加密信号，能够广泛应用于保密性和可靠性要求较高的信息安全密码学领域中。
Design method and circuit of Hyperchaotic digital circuit with variable delay based on DSP Builder
Based on DSP? Builder time-delay chaotic digital circuit design method and circuit, three-dimensional classical system expansion constitute a new four-dimensional system of hyperchaotic system is discretized by discrete equation optimization, the design and implementation of digital circuit hyperchaotic system and can be adjusted conveniently; design of digital integrator sampling frequency; in the digital system were introduced and fixed delay variable delay controller, variable delay chaotic digital circuit structure. The invention of the time-delay hyperchaotic sequence is very high, and the generation speed is fast, and the circuit used in operation are simple logic and algebra, simple hardware, low cost; the invention of digital delay circuit to generate chaotic digital sequence with high complexity and stability, can be used as chaos practical modulation and chaotic encryption signal, can be widely used in security and reliability of information security in the field of cryptography.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非线性动力学中混沌序列产生技术，特别涉及信息安全密码学中的数 字随机序列密码学领域。
技术介绍
Lorenz方程是第一个混沌模型，并成为后来混沌研究的范例。经典低维混沌系统 的正Zj^OTZ70K指数个数较少，系统复杂性不够，在具体的实际应用中会因为带宽的偏窄而 受到限制。由反馈扩展系统维数提出的超混沌系统，具有两个或两个以上的正Zj^OTZ70K指 数，相空间轨迹在更多方向上分离，其动力学行为更为复杂，能较好满足扩展频谱、保密通 信、雷达同步控制等方面现实需要。近年来，研究人员对超混沌系统进行了卓有成效的探索 并取得大量成果。采用分立元器件设计模拟电路产生混沌信号，受温度、工作电压及自身参数等影 响不可忽视，这样就无形中限制了模拟混沌电路在实际中的应用。基于半定制集成芯片的 /^/ 技术，是一门通过万浏软件设计IC芯片的iASP技术，支持硬件描述语言作为编译程序， 生成的系统不易受其它因素的干扰，且可进行反复擦写，算法的改进非常容易。连续混沌系 统的算法需进行浮点运算，运算精度受计算机位数限制。FPGA可以同时进行浮点和定点运 笪弁。已有文献论述了 / 依据ΙΕΕΕ- ^Α浮点数标准格式进行浮点运算产生混沌信 号。若FPGA采用浮点运算，必须单独设置不同的浮点数乘法器等相应模块满足不同现实的 需要，导致开发周期过长，且运算的位数同样有限，复杂程度更高。基于/ 的定点运算位 数少，且运算的位数可由用户自由设定，一般可以高出计算机运算精度几倍，更重要的是其 配置灵活，开发周期更短。对于混沌这种对参数控制敏感的系统，将其信号数字化，并利用 FPGA技术的定点运算能力对其进行扩展性处理，具有广阔的发展前景。已有相关文献用数 字电路实现了混沌系统，但鉴于超混沌系统动力学特征的复杂性，超混沌系统的数字电路 设计鲜有文献报道。已有相关文献产生了经典的类Zore/^混沌吸引子。但在该类电路中，迭代方程的 采样频率项均直接参与了各项离散变换运算，造成对其调整困难。当采样频率设置得更大 时，又会直接影响混沌系统的非线性项状态，造成实验结果不理想。由于这类系统采样频率 较低(仅为100/fe)，精度非常有限，故相空间出现了锯齿状轨迹。在已有的关于超混沌数字化的文献资料中，罕有涉及关于采样频率对混沌动力学 行为影响的探讨和试验。在一般的论述中，只是获得了吸引子的相图，即便是出现了信号幅 度和轨迹变化，也没有给出分析和解释。在本专利技术中，通过分析和对比试验证了采样频率对 超混沌系统数字化实现的影响和重要意义。现实中的动力系统状态变量之间往往存在时滞现象，系统的演化趋势不仅与系统 当前的状态相关，而且还与过去某一时刻或若干时刻的状态有关。时滞混沌系统是一种无穷维系统，该系统具有极高随机性和不可预测性的时间序列，成为了研究混沌系统新的热点ο
技术实现思路
本专利技术的目的是设计数字电路生成稳定实用的变时滞超混沌数字序列。本专利技术以广义Lii魏为基础，对其动力学特性进行分析，采用优化的离散化方程组设计超混沌数字系统，并在 QuartusII/DSP Builder开发环境下实现该数字电路。1 系统的动力学行为研究 1.1战系统的扩展2002年吕金虎等利用混沌反控制方法获得了一个新的三维自治混沌系统-系统。 该系统可表述为权利要求1.基于ASPifoiAfer的变时滞超混沌数字电路设计方法，其特征是通过以下步骤实现(S 1 )、 在三维 自治混 沌系统 -LiI系统的基础上，将变量增加一维并反馈回原系统，构成新的四维系统f(t) = by(t)-mx(t)z(t) t{t) = -t-z(i) + mx(t)1 w(t) = 4'(t)(52)、采用一阶差分公式将(Si)所述的微分方程组离散化，得到优化后的迭代方程,Fm =W,I ζ * = + <)//, +Z1(53)、采用DSPBuilder 9. 1SP2开发平台，设计可便捷调整采样频率的数字积分器；(54)、采用ifeihVS/皿Bz^SOlOa开发平台，嵌入(S3)中的数字积分器，实现超混 沌系统的数字电路；(55)、在离散数字电路系统中引入变时滞量；(56)、采用ASPBuilder 9. \SP2开发平台，设计变时滞控制器；(57)、在超混沌数字电路基础上嵌入变时滞控制器，构造变时滞超混沌数字电路。2.权利要求1所述方法实现的电路，其特征是包括数字积分器和变时滞控制器，所述 的数字积分器由数据选择器、增益模块、常数模块、并行加法器、总线模块构成；增益模块的 输出端接并行加法器的一个输入端，数据选择器的输出端接并行加法器的另一个输入端， 并行加法器的输出端接总线模块的输入端；总线模块的输出端反馈一信号到数据选择器， 数据选择器是进行数据迭代运算，根据系统的第A次值计算AW次的值，从而构成数字混沌 序列；所述的变时滞控制器由增益模块、延时模块、比较模块、并行加法器、总线模块、乘法 器、随机数产生器构成；比较模块1的输入端接混沌信号、输出端接总线模块1 ；比较模块2 的输入端接随机数产生器的输出端、输出端接总线模块2 ；延时模块1通过增益模块1连接 到乘法器1的a端，乘法器1的b端连接总线模块1的输出端，延时模块2通过增益模块2 连接到乘法器2的b端，乘法器2的a端连接总线模块2的输出端，乘法器1、乘法器2的输 出端分别连接到并行加法器的输入端。全文摘要基于DSP Builder的变时滞超混沌数字电路设计方法及电路，将三维经典系统扩展构成新的四维超系统，通过优化的离散化方程对超混沌系统进行离散化处理，设计实现了超混沌系统族的数字电路；设计可便捷调整采样频率的数字积分器；数字系统中分别引入固定的时滞和变时滞控制器，构造变时滞超混沌数字电路。本专利技术的变时滞超混沌序列随机度很高，且生成速度快，而且本电路采用的运算均为简单的逻辑和代数运算，便于用硬件实现，成本相对低廉；本专利技术数字电路生成的变时滞超混沌数字序列具有极高的复杂性和稳定性，可以作为实用的混沌调制和混沌加密信号，能够广泛应用于保密性和可靠性要求较高的信息安全密码学领域中。文档编号G05B17/02GK102081359SQ201110035690公开日2011年6月1日 申请日期2011年2月11日 优先权日2011年2月11日专利技术者张之光, 张小红 申请人:江西理工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于ＤＳＰ Ｂｕｉｌｄｅｒ的变时滞超混沌数字电路设计方法，其特征是通过以下步骤实现：（Ｓ１）、在三维自治混沌系统－Ｌｉｉ系统的基础上，将变量增加一维并反馈回原系统，构成新的四维系统：＊＊＊（Ｓ２）、采用一阶差分公式将（Ｓ１）所述的微分方程组离散化，得到优化后的迭代方程：＊＊＊（Ｓ３）、采用ＤＳＰ Ｂｕｉｌｄｅｒ ９．１ＳＰ２开发平台，设计可便捷调整采样频率的数字积分器；（Ｓ４）、采用 Ｍａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌｉｎｋＲ２０１０ａ开发平台，嵌入（Ｓ３）中的数字积分器，实现超混沌系统的数字电路；（Ｓ５）、在离散数字电路系统中引入变时滞量；（Ｓ６）、采用ＤＳＰ Ｂｕｉｌｄｅｒ ９．１ＳＰ２开发平台，设计变时滞控制器；（Ｓ７）、在超混沌数字电路基础上嵌入变时滞控制器，构造变时滞超混沌数字电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张小红，张之光，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：36
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