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复数阶蔡氏电路系统混沌及其应用研究

作　者: 林晓然
导　师: 周尚波
学　校: 重庆大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 复数阶混沌保密通信
分类号: TN918
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 121次
引　用: 1次
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内容摘要

复数阶混沌动力学系统由于复数阶自身的特点,比整数阶和分数阶系统具有更为复杂、丰富的动力学特性,同时还具有和分数阶、整数阶一样的随机性和不可预测性等优点。近几年来,基于分数阶微积分动力学系统的研究已经受到越来越多人的关注,在分数阶的应用和分数阶混沌系统及其控制与同步,保密通信等诸多领域,都取得了不少的理论和实践成果。本文基于分数阶的理论基础,以著名的蔡氏电路系统为研究对象,分析了复数阶蔡氏电路和时滞蔡氏电路的各种动力学行为,并计算了由倍周期分岔通向混沌的各种动力学状态对应的Lyapunov指数,最后讨论了复数阶动力学系统在保密通信方面的优势,本文就以下几个问题进行了深入的研究。主要研究工作及成果如下:①复数阶数值计算的研究基于分数阶微积分的定义,提出有效的计算复数阶微积分的算法。首先介绍了分数阶微积分主要定义的数值计算,众所周知,分数阶微积分定义是由n阶整数阶导数推广而来,同样我们把分数阶定义继续推广到复数阶,并对高斯函数进行了数值计算,最后对几种不同阶数的数值计算结果进行了比较,验证了定义推广及数值计算的合理性。②复数阶混沌动力学系统动力学行为的研究利用相轨迹图、分岔图和Lyapunov指数图研究了复数阶Chua电路系统(包括时延Chua电路系统)。本文利用C-C方法针对复数阶系统的特点(包括实数和虚数两部分)对实数和虚数数据序列分别计算,得到实部和虚部数据序列各自的延迟时间和嵌入维数,然后对时间序列进行空间重构,再利用小数据量方法计算了Chua电路系统、带时滞Chua电路系统的最大Lyapunov指数。最大Lyapunov指数与我们通过模拟实验得到的各种轨迹图——倍周期,单涡卷、双涡卷等各种动力学行为是一一对应的,实验验证了Lyapunov指数与分岔图和相轨迹图表现的动力学行为是一致的,同时两个系统也清晰的展现了系统的演化过程——由倍周期分岔通向混沌的各种状态。最后我们还对复数阶Chua电路系统、带时滞Chua电路系统的各种动力学行为进行比较,发现时滞Chua电路系统较不带时滞Chua电路系统有着更复杂的动力学行为。③复数阶混沌动力学系统在保密通信中的应用研究了复数阶Chua氏电路系统混沌掩码保密通信问题,建立通信模型并进行了仿真。保密通信是混沌应用研究中最为常见的一种,是因为混沌的保密性比较好,抗干扰能力比较强。目前大家研究的对象为分数阶或者整数阶动力学混沌系统,但是如果是复数阶混沌系统,由于阶数为复数,其本身有两部分构成,利用这一特点将大大的增加密钥空间,同时复数阶混沌系统的结构也更复杂,这样大大提高了通信的保密性,为保密通信的研究提供了更广阔的发展空间。我们对Chua氏电路系统进行混沌掩码保密通信的计算机仿真,并用实验模拟了噪声对系统的影响,仿真结果验证了理论分析的可行性。?

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 引言  9-16
  1.1 混沌研究的重要历程  9-11
  1.2 混沌的主要特性  11-13
    1.2.1 混沌的基本理论和相关概念  11-12
    1.2.2 混沌的主要特性  12-13
  1.3 系统的混沌、混沌控制及其应用的研究现状  13-14
  1.4 本文的研究内容  14-16
2 复数阶微积分  16-27
  2.1 分数阶的发展历程  16-17
  2.2 分数阶微积分的定义  17-23
    2.2.1 分数阶微积分的提出  17-18
    2.2.2 Riemann-Liouville(RL)分数阶微积分定义  18-20
    2.2.3 Grunwald-Letnikov(GL)分数阶微积分定义  20-21
    2.2.4 Caputo 分数阶微积分定义  21-22
    2.2.5 各种分数阶微积分定义小结  22-23
  2.3 复数阶微积分运算定义  23-27
3 Lyapunov 指数  27-34
  3.1 Lyapunov 指数的定义  27-28
  3.2 计算最大Lyapunov 指数的方法  28-34
    3.2.1 c-c 方法  29-31
    3.2.2 Lyapunov 指数的计算  31-34
4 复数阶蔡氏电路系统的动力学现象分析  34-46
  4.1 蔡氏电路的起源  34-35
    4.1.1 蔡氏电路模型  34-35
  4.2 复数阶蔡氏电路系统各种动力学现象分析  35-45
    4.2.1 通向混沌之路  35-36
    4.2.2 复数阶蔡氏电路和带时滞蔡氏电路的各种动力学行为  36-45
  4.3 本章小结  45-46
5 复数阶蔡氏电路系统在混沌保密通信方面的应用  46-57
  5.1 概述  46
  5.2 保密通讯技术的研究现状  46-47
  5.3 混沌通信方式  47-50
    5.3.1 混沌掩盖  47-48
    5.3.2 混沌调制  48-49
    5.3.3 混沌切换  49-50
  5.4 复数阶蔡氏电路系统的保密通信研究  50-57
6 总结与展望  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-65
附录  65-66
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表及录用的论文目录  65
  B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目  65-66

复数阶蔡氏电路系统混沌及其应用研究

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