本發(fā)明涉及非線性系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于混沌同步反同步切換的信號(hào)發(fā)生器。
背景技術(shù)：
：自從1990年P(guān)ecoraL.M和CarrollT.L開創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)了混沌系統(tǒng)的同步以來，混沌同步就成為非線性研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，其研究成果在工程技術(shù)、生態(tài)系統(tǒng)、保密通信、電子電路等多領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用。為了有效地實(shí)驗(yàn)混沌的同步和控制，人們提出了許多可行的方法，如自適應(yīng)同步、主動(dòng)-被動(dòng)同步、耦合同步、投影同步、線性反饋控制和滑?？刂频取Ｈ欢?，目前大多數(shù)的混沌同步研究都集中于相同結(jié)構(gòu)或相同維數(shù)的系統(tǒng)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的混沌系統(tǒng)之間的同步研究還不多見。從未來發(fā)展的趨勢(shì)來看,異結(jié)構(gòu)的混沌系統(tǒng)之間的同步，更加具有實(shí)用價(jià)值，如異結(jié)構(gòu)混沌系統(tǒng)在保密通信領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面，同步系統(tǒng)的研究往往建立在精確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，這給解決許多實(shí)際問題帶來不便，而不確定參數(shù)的混沌系統(tǒng)則更加貼近客觀現(xiàn)實(shí)世界。因此，非常有必要對(duì)不同維數(shù)且不確定參數(shù)的異結(jié)構(gòu)混沌系統(tǒng)的之間的同步和反同步問題進(jìn)行研究?？梢?，現(xiàn)有技術(shù)的瓶頸使適用于異結(jié)構(gòu)、參數(shù)未知的混沌系統(tǒng)的同步與反同步控制方法，及基于混沌同步反同步切換的信號(hào)發(fā)生器成為亟需。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種基于混沌同步反同步切換的信號(hào)發(fā)生器，基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論對(duì)參數(shù)未知的三維Qi系統(tǒng)和四維超混沌Lü系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的同步和反同步控制，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的同步、反同步控制器及參數(shù)辨識(shí)規(guī)則，同時(shí)利用電子開關(guān)對(duì)兩系統(tǒng)進(jìn)行同步和反同步的快速切換。本發(fā)明提供一種基于混沌同步反同步切換的信號(hào)發(fā)生器，包括：驅(qū)動(dòng)單元、參數(shù)校正單元、同步反同步切換單元及響應(yīng)單元；其中，驅(qū)動(dòng)單元的系統(tǒng)參數(shù)未知，其用于產(chǎn)生基于三維Qi系統(tǒng)的混沌驅(qū)動(dòng)信號(hào)，向參數(shù)校正單元與同步反同步切換單元發(fā)送；參數(shù)校正單元用于根據(jù)混沌驅(qū)動(dòng)信號(hào)及響應(yīng)單元反饋的信號(hào)，自適應(yīng)地校正驅(qū)動(dòng)單元與響應(yīng)單元的系統(tǒng)參數(shù)，并將校正后的參數(shù)輸出至響應(yīng)單元；同步反同步切換單元用于根據(jù)控制指令，控制響應(yīng)單元與驅(qū)動(dòng)單元處于同步狀態(tài)或反同步狀態(tài)；響應(yīng)單元為四維超混沌Lü系統(tǒng)，其用于在同步反同步切換單元的控制下，實(shí)現(xiàn)與驅(qū)動(dòng)單元的同步或反同步。優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)單元包括第一電路、第二電路及第三電路；其中，第一電路包括乘法器A1、積分器U1A及運(yùn)算放大器U1B；其中，A1的輸出端與U1A的反相輸入端相連，U1A的輸出端與U1B的反相輸入端相連；第二電路包括乘法器A2、積分器U1C及運(yùn)算放大器U1D；其中，A2的輸出端與U1C的反相輸入端相連，U1C的輸出端與U1D的反相輸入端相連；第三電路包括乘法器A3、積分器U2A及運(yùn)算放大器U2B；其中，A3的輸出端與U2A的反相輸入端相連，U2A的輸出端與U2B的反相輸入端相連。優(yōu)選地，U1A的反相輸入端輸入信號(hào)-y1，A1輸入信號(hào)y1、-z1，U1C的反相輸入端輸入信號(hào)-x1、-y1，A2輸入信號(hào)x1、z1，A3輸入信號(hào)x1、-y1，驅(qū)動(dòng)單元對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為：x·1=a(y1-x1)+hy1z1]]>y·1=cx1-lx1z1-y1]]>其中，x1、y1、z1為狀態(tài)變量，a、b、c、h、l為未知的系統(tǒng)參數(shù)。優(yōu)選地，參數(shù)校正單元包括第四電路、第五電路、第六電路、第七電路、第八電路、第九電路；其中，第四電路包括乘法器A4，積分器U3B，運(yùn)算放大器U3A、U3C、U7C；其中，A4的輸入端與U7C、U3A的輸出端相連，A4的輸出端與U3B的反相輸入端相連，U3B的輸出端與U3C的反相輸入端相連；第五電路包括乘法器A5，積分器U4A，運(yùn)算放大器U3D、U4B；其中，A5的輸入端與U3D的輸出端相連，A4的輸出端與U4A的反相輸入端相連，U4A的輸出端與U4B的反相輸入端相連；第六電路包括乘法器A6，積分器U4D，運(yùn)算放大器U4C、U5A；其中，A6的輸入端與U4C的輸出端相連，A4的輸出端與U4D的反相輸入端相連，U4D的輸出端與U5A的反相輸入端相連；第七電路包括乘法器A7、A8，積分器U5C，運(yùn)算放大器U5B、U5D；其中，A8的輸入端與A7的輸出端、U5B的輸出端相連，A8的輸出端與U5C的反相輸入端相連，U5C的輸出端與U5D的反相輸入端相連；第八電路包括乘法器A9、A10，積分器U6B，運(yùn)算放大器U6A、U6C；其中，A10的輸入端與A9的輸出端、U6A的輸出端相連，A10的輸出端與U6B的反相輸入端相連，U6B的輸出端與U6C的反相輸入端相連；第九電路包括乘法器A11，積分器U7A，運(yùn)算放大器U6D、U7B；其中，A11的輸入端與U6D的輸出端相連，A4的輸出端與U7A的反相輸入端相連，U7A的輸出端與U7B的反相輸入端相連。優(yōu)選地，U7C的反相輸入端輸入信號(hào)x1、-y1，U3A的反相輸入端輸入信號(hào)x1、-x2，U3D的反相輸入端輸入信號(hào)z1、-z2，A5輸入信號(hào)-z1，U4C的反相輸入端輸入信號(hào)y1、-y2，A6輸入信號(hào)x1，U5B的反相輸入端輸入信號(hào)y1、-y2，A7輸入信號(hào)-x1、z1，U6A的反相輸入端輸入信號(hào)x1、-x2，A9輸入信號(hào)y1、z1，U6D的反相輸入端輸入信號(hào)x1、y1，則參數(shù)校正單元對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為：da~dt=-(y1-x1)exdb~dt=z1ez]]>dc~dt=-x1eydl~dt=x1z1ey]]>其中，k為響應(yīng)單元的系統(tǒng)參數(shù)，為系統(tǒng)參數(shù)的預(yù)估值，ex＝x2-x1、ey＝y(tǒng)2-y1、ez＝z2-z1、eω＝ω2，四者表示系統(tǒng)同步誤差，x2、y2、z2、ω2為響應(yīng)單元反饋的信號(hào)。優(yōu)選地，控制指令包括同步控制指令與反同步控制指令；以及當(dāng)接收到同步控制指令時(shí)，同步反同步切換單元的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端分別向響應(yīng)單元發(fā)送信號(hào)-x1、-y1、-z1、-x1，使響應(yīng)單元與驅(qū)動(dòng)單元同步；當(dāng)接收到反同步控制指令時(shí)，同步反同步切換單元的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端分別向響應(yīng)單元發(fā)送信號(hào)x1、y1、z1、x1，使響應(yīng)單元與驅(qū)動(dòng)單元反同步。優(yōu)選地，響應(yīng)單元包括第一響應(yīng)電路、第二響應(yīng)電路、第三響應(yīng)電路、第四響應(yīng)電路；其中，第一響應(yīng)電路包括：乘法器A12、A13、A14，積分器U8B，運(yùn)算放大器U8A、U8C、U8D；其中，U8A的輸出端與A12的輸入端相連，A13的輸出端與A14的輸入端相連，A12、A14的輸出端及U8D的輸出端與U8B的反相輸入端相連，U8B的輸出端與U8C的反相輸入端相連，U8D的反相輸入端與同步反同步切換單元的第一輸出端相連；第二響應(yīng)電路包括：乘法器A15、A16、A17，積分器U9A，運(yùn)算放大器U9B、U9D；其中，A16的輸出端與A17的輸入端相連，U9B的輸出端及A15、A17的輸出端與U9A的反相輸入端相連，U9A的輸出端與U9D的反相輸入端相連，U9B的反相輸入端與同步反同步切換單元的第二輸出端相連；第三響應(yīng)電路包括：乘法器A18、A19，積分器U10C，運(yùn)算放大器U9C、U10D；其中，U9C的輸出端及A18、A19的輸出端與U10C的反相輸入端相連，U10C的輸出端與U10D的反相輸入端相連，U9C的反相輸入端與同步反同步切換單元的第三輸出端相連；第四響應(yīng)電路包括：乘法器A20，積分器U10A，運(yùn)算放大器U10B、U11B；其中，U10B的輸出端與A20的輸入端相連，A20的輸出端與U10A的反相輸入端相連，U10A的輸出端與U11B的反相輸入端相連，U10B的反相輸入端與同步反同步切換單元的第四輸出端相連。優(yōu)選地，響應(yīng)單元與驅(qū)動(dòng)單元同步時(shí)，U8A的反相輸入端輸入信號(hào)x1、-y1，A13輸入信號(hào)y1、-z1，A14輸入信號(hào)h，A12輸入信號(hào)a，U8D的反相輸入端輸入信號(hào)-x2；U9B的反相輸入端輸入信號(hào)-y2，A15輸入信號(hào)-x1、c，A16輸入信號(hào)x1、z1，A17輸入信號(hào)l，U9A的反相輸入端輸入信號(hào)-y1；U9C的反相輸入端輸入信號(hào)-z2，A18輸入信號(hào)x1、-y1，A19輸入信號(hào)z1、b；U10B的反相輸入端輸入信號(hào)y1，A20輸入信號(hào)k，U10A的反相輸入端輸入信號(hào)ω2；響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為：x·2=a^(y2-x2)+V1]]>y·2=c^y2-l^x2z2+ω2+V2]]>z·2=x2y2-b^z2+V3]]>V1=a^(ex-ey)+h^y1z1-m1ex]]>V2=-c^y2-y1+x2z2-eω+c^x1-l^x1z1-m2ey]]>V3=b^ez-x2y2+x1y1-m3ez]]>其中，x2、y2、z2、ω2為狀態(tài)變量，V1、V2、V3、V4為控制函數(shù)，m1、m2、m3、m4為控制增益系數(shù)。優(yōu)選地，響應(yīng)單元與驅(qū)動(dòng)單元反同步時(shí)，U8A的反相輸入端輸入信號(hào)x1、-y1，A13輸入信號(hào)y1、-z1，A14輸入信號(hào)h，A12輸入信號(hào)a，U8D的反相輸入端輸入信號(hào)-x2；U9B的反相輸入端輸入信號(hào)-y2，A15輸入信號(hào)-x1、c，A16輸入信號(hào)x1、z1，A17輸入信號(hào)l，U9A的反相輸入端輸入信號(hào)-y1；U9C的反相輸入端輸入信號(hào)-z2，A18輸入信號(hào)x1、-y1，A19輸入信號(hào)z1、b；U10B的反相輸入端輸入信號(hào)y1，A20輸入信號(hào)k，U10A的反相輸入端輸入信號(hào)ω2；響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為：x·2=a^(y2-x2)+V1]]>y·2=c^y2-l^x2z2+ω2+V2]]>z·2=x2y2-b^z2+V3]]>V1=-a^(ey-ex)-h^y1z1-m1ex]]>V2=-c^y2-y1+x2z2-eω+c^x1-l^x1z1-m2ey]]>V3=b^ez-x2y2-x1y1-m3ez]]>其中，x2、y2、z2、ω2為狀態(tài)變量，V1、V2、V3、V4為控制函數(shù)，m1、m2、m3、m4為控制增益系數(shù)。優(yōu)選地，同步反同步切換單元采用電子開關(guān)對(duì)響應(yīng)單元的狀態(tài)進(jìn)行控制，其切換頻率達(dá)到千赫茲數(shù)量級(jí)。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明基于自適應(yīng)同步技術(shù)和參數(shù)識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)、不同維數(shù)且參數(shù)未知的混沌系統(tǒng)之間的同步和反同步(三維Qi系統(tǒng)與四維Lü系統(tǒng))，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的同步控制器和參數(shù)識(shí)別律，同時(shí)基于上述理論設(shè)計(jì)基于混沌同步反同步切換的信號(hào)發(fā)生器，在切換頻率達(dá)到千赫茲數(shù)量級(jí)兩系統(tǒng)仍然保持良好的同步和反同步，沒有出現(xiàn)明顯的延遲。本發(fā)明在保密通信中具有極高的保密性，同時(shí)具有普適性，可以用于其它混沌系統(tǒng)的同步和反同步控制。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于混沌同步反同步切換的信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元與響應(yīng)單元同步誤差測(cè)試示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元未知參數(shù)識(shí)別示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元與響應(yīng)單元反同步曲線示意圖圖5是本發(fā)明實(shí)施例的切換頻率為1kHz時(shí)的同步與反同步切換相圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元電路原理圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的參數(shù)校正單元電路原理圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例的同步反同步切換單元電路原理圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例的響應(yīng)單元電路原理圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為了使讀者對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面有一個(gè)透徹的理解，即便沒有這些特定的細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。本發(fā)明的發(fā)明人考慮到目前大多數(shù)的混沌同步研究都集中于相同結(jié)構(gòu)或相同維數(shù)的系統(tǒng)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的混沌系統(tǒng)之間的同步研究還不多見。從未來發(fā)展的趨勢(shì)來看,異結(jié)構(gòu)的混沌系統(tǒng)之間的同步，更加具有實(shí)用價(jià)值，如異結(jié)構(gòu)混沌系統(tǒng)在保密通信領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面，同步系統(tǒng)的研究往往建立在精確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，這給解決許多實(shí)際問題帶來不便，而不確定參數(shù)的混沌系統(tǒng)則更加貼近客觀現(xiàn)實(shí)世界。因此，非常有必要對(duì)不同維數(shù)且不確定參數(shù)的異結(jié)構(gòu)混沌系統(tǒng)的之間的同步和反同步問題進(jìn)行研究。基于上述考慮，本發(fā)明針對(duì)參數(shù)未知混沌系統(tǒng)的同步與反同步控制問題進(jìn)行了探索。在混沌系統(tǒng)參數(shù)未知的情況下，基于自適應(yīng)同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同維異結(jié)構(gòu)混沌系統(tǒng)的同步、反同步控制，并對(duì)參數(shù)未知的三維Qi系統(tǒng)和四維超混沌Lü系統(tǒng)進(jìn)行了自適應(yīng)參數(shù)控制律，實(shí)現(xiàn)了兩系統(tǒng)的同步和反同步控制，基于上述理論開發(fā)了同步反同步切換信號(hào)發(fā)生器。本發(fā)明能夠在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)未知的情況下，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與響應(yīng)系統(tǒng)達(dá)到完全同步或反同步。本發(fā)明具有普適性，可以用于其它混沌系統(tǒng)的同步和反同步控制，在實(shí)際應(yīng)用中具有廣闊的前景。下面，首先介紹三維Qi系統(tǒng)和四維超混沌Lü系統(tǒng)的同步控制理論。三維Qi混沌系統(tǒng)的數(shù)學(xué)形式為：x·1=a(y1-x1)+hy1z1]]>y·1=cx1-lx1z1-y1]]>其中，x1、y1、z1為狀態(tài)變量，a、b、c、h、l為未知的系統(tǒng)參數(shù)。該系統(tǒng)具有較為復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性，隨著參數(shù)的變化，分別呈現(xiàn)出混沌、Hopf分岔，周期等的動(dòng)力學(xué)行為。本發(fā)明將其作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。同時(shí)，選擇下面的超混沌Lü系統(tǒng)作為上述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的受控響應(yīng)系統(tǒng)：響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為：x·2=a^(y2-x2)+V1]]>y·2=c^y2-l^x2z2+ω2+V2]]>z·2=x2y2-b^z2+V3]]>其中，k為系統(tǒng)參數(shù)，x2、y2、z2、ω2為狀態(tài)變量，兩系統(tǒng)同步誤差為：ex＝x2-x1、ey＝y(tǒng)2-y1、ez＝z2-z1、eω＝ω2，為系統(tǒng)參數(shù)的預(yù)估值，兩系統(tǒng)的參數(shù)同步誤差為：為了使二系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全局漸近穩(wěn)定，必須設(shè)計(jì)控制函數(shù)和其參數(shù)的自適應(yīng)規(guī)則。由二系統(tǒng)及其誤差，可以得到如下四個(gè)控制函數(shù)，分別為：V1=a^(ex-ey)+h^y1z1-m1ex]]>V2=-c^y2-y1+x2z2-eω+c^x1-l^x1z1-m2ey]]>V3=b^ez-x2y2+x1y1-m3ez]]>其中，m1、m2、m3、m4為控制增益系數(shù)，從而同步誤差則為：e·x=a~(y1-x1)+h~y1z1-m1ex]]>e·y=c~x1-l~1x1z1-m2ey]]>e·z=-b~z1-m3ez]]>假設(shè)Lyapunov函數(shù)為：上式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，并把式6代入，得到：選擇參數(shù)校正律為：da~dt=-(y1-x1)exdb~dt=z1ez]]>dc~dt=-x1eydl~dt=x1z1ey]]>把參數(shù)校正律式2代入式8，可以得到：顯然，這是一個(gè)負(fù)定函數(shù)。由此判斷誤差系統(tǒng)式6是全局漸近穩(wěn)定的。為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述方法的有效性，采用四階龍格-庫塔法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值仿真。取初始值x1(0)＝0.2、y1(0)＝0.1、z1(0)＝0.1、x2(0)＝10、y2(0)＝30、z2(0)＝30，響應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)初始值為了使仿真過程能夠進(jìn)行，隨機(jī)選擇a＝36、b＝3、c＝20、l＝5、和h＝35，時(shí)間步長為0.001秒，仿真結(jié)果如圖2和圖3所示?？梢?，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)之間的變量誤差，隨時(shí)間的演化，逐漸收斂零點(diǎn)，說明兩系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了同步。同時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不確定參數(shù)a＝36、b＝3、c＝20、l＝5、h＝35時(shí)，其預(yù)估值隨時(shí)間變化，最終實(shí)現(xiàn)收斂。下面介紹三維Qi系統(tǒng)和四維超混沌Lü系統(tǒng)的反同步控制理論。所謂反同步，是指達(dá)到同步的兩個(gè)混沌系統(tǒng)的狀態(tài)向量的絕對(duì)值相同但符號(hào)相反，為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)之間的反同步，反同步誤差為：ex＝x2+x1、ey＝y(tǒng)2+y1、ez＝z2+z1、eω＝ω2。反同步誤差系統(tǒng)為：e·x=a~(y1-x1)-h~y1z1-m1ex]]>e·y=c~x1-l~1z1-m2ey]]>e·z=-b~z1-m3ez]]>假設(shè)a＞0,b＞0,c＞0，只要設(shè)計(jì)合適的控制器和參數(shù)自適應(yīng)校正律，無論任何初始值，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與響應(yīng)系統(tǒng)在控制器的控制和參數(shù)校正律的預(yù)估校正下，均能實(shí)現(xiàn)反同步。所以，反同步控制函數(shù)選擇為：V1=-a^(ey-ex)-h^y1z1-m1ex]]>V2=-c^y2-y1+x2z2-eω+c^x1-l^x1z1-m2ey]]>V3=b^ez-x2y2-x1y1-m3ez]]>二系統(tǒng)的反同步參數(shù)自適應(yīng)校正律為：da~dt=(y1-x1)exdb~dt=-z1ez]]>dc~dt=-x1eydl~dt=x1z1ey]]>選擇Lyapunov函數(shù)為:對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，并將上式代入，整理得：顯然，上式也是一個(gè)負(fù)定函數(shù)，即誤差系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的。在未知參數(shù)的情況下，為了驗(yàn)證兩個(gè)系統(tǒng)反同步方法的有效性和實(shí)用性，采用與上述驗(yàn)證系統(tǒng)同步的方法一樣，且取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)初始值為x1(0)＝0.2，y1(0)＝0.1，z1(0)＝0.1，響應(yīng)系統(tǒng)的初始值x2(0)＝10，y2(0)＝30，z2(0)＝30。同時(shí)取響應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)的初始值為并令a＝36，b＝3，c＝20，l＝5，h＝35，結(jié)果二系統(tǒng)的誤差趨于收斂。圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元與響應(yīng)單元反同步曲線，參見圖4，兩個(gè)系統(tǒng)的相應(yīng)變量的變化以x軸為鏡像對(duì)稱，幅值大小相等，極性相反，實(shí)現(xiàn)了全局反同步。下面介紹基于本發(fā)明上述理論設(shè)計(jì)的混沌同步反同步切換信號(hào)發(fā)生器。圖1示出了本發(fā)明的基于混沌同步反同步切換的信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)，參見圖1，信號(hào)發(fā)生器包括：驅(qū)動(dòng)單元1、參數(shù)校正單元2、同步反同步切換單元3及響應(yīng)單元4，下面分別予以具體介紹。驅(qū)動(dòng)單元1的系統(tǒng)參數(shù)未知，其用于產(chǎn)生基于三維Qi系統(tǒng)的混沌驅(qū)動(dòng)信號(hào)，向參數(shù)校正單元2與同步反同步切換單元3發(fā)送。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，其硬件設(shè)計(jì)為：驅(qū)動(dòng)單元1包括第一電路、第二電路及第三電路。圖6是本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元電路原理圖，參見圖6：第一電路為x1通路，包括乘法器A1、積分器U1A及運(yùn)算放大器U1B。其中，A1的輸出端與U1A的反相輸入端相連，U1A的輸出端與U1B的反相輸入端相連。第二電路為y1通路，包括乘法器A2、積分器U1C及運(yùn)算放大器U1D。其中，A2的輸出端與U1C的反相輸入端相連，U1C的輸出端與U1D的反相輸入端相連。第三電路為z1通路，包括乘法器A3、積分器U2A及運(yùn)算放大器U2B。其中，A3的輸出端與U2A的反相輸入端相連，U2A的輸出端與U2B的反相輸入端相連。當(dāng)U1A的反相輸入端輸入信號(hào)-y1，A1輸入信號(hào)y1、-z1，U1C的反相輸入端輸入信號(hào)-x1、-y1，A2輸入信號(hào)x1、z1，A3輸入信號(hào)x1、-y1時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為式1描述的三維Qi系統(tǒng)。參數(shù)校正單元2用于根據(jù)混沌驅(qū)動(dòng)信號(hào)及響應(yīng)單元4反饋的信號(hào)，自適應(yīng)地校正驅(qū)動(dòng)單元1與響應(yīng)單元4的系統(tǒng)參數(shù)，并將校正后的參數(shù)輸出至響應(yīng)單元4。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，參數(shù)校正單元2可采用如下電路設(shè)計(jì)：圖7是本發(fā)明實(shí)施例的參數(shù)校正單元2電路原理圖，參見圖7，參數(shù)校正單元2包括第四電路、第五電路、第六電路、第七電路、第八電路、第九電路。第四電路為參數(shù)a的校正電路，包括乘法器A4，積分器U3B，運(yùn)算放大器U3A、U3C、U7C。其中，A4的輸入端與U7C、U3A的輸出端相連，A4的輸出端與U3B的反相輸入端相連，U3B的輸出端與U3C的反相輸入端相連。第五電路為參數(shù)b的校正電路，包括乘法器A5，積分器U4A，運(yùn)算放大器U3D、U4B。其中，A5的輸入端與U3D的輸出端相連，A4的輸出端與U4A的反相輸入端相連，U4A的輸出端與U4B的反相輸入端相連。第六電路為參數(shù)c的校正電路，包括乘法器A6，積分器U4D，運(yùn)算放大器U4C、U5A。其中，A6的輸入端與U4C的輸出端相連，A4的輸出端與U4D的反相輸入端相連，U4D的輸出端與U5A的反相輸入端相連。第七電路為參數(shù)l的校正電路，包括乘法器A7、A8，積分器U5C，運(yùn)算放大器U5B、U5D。其中，A8的輸入端與A7的輸出端、U5B的輸出端相連，A8的輸出端與U5C的反相輸入端相連，U5C的輸出端與U5D的反相輸入端相連。第八電路為參數(shù)h的校正電路，包括乘法器A9、A10，積分器U6B，運(yùn)算放大器U6A、U6C。其中，A10的輸入端與A9的輸出端、U6A的輸出端相連，A10的輸出端與U6B的反相輸入端相連，U6B的輸出端與U6C的反相輸入端相連。第九電路為參數(shù)k的校正電路，包括乘法器A11，積分器U7A，運(yùn)算放大器U6D、U7B。其中，A11的輸入端與U6D的輸出端相連，A4的輸出端與U7A的反相輸入端相連，U7A的輸出端與U7B的反相輸入端相連。需要說明的是，圖7中的各系統(tǒng)參數(shù)用a1、b1、c1、l1、h1、k1表示。當(dāng)U7C的反相輸入端輸入信號(hào)x1、-y1，U3A的反相輸入端輸入信號(hào)x1、-x2，U3D的反相輸入端輸入信號(hào)z1、-z2，A5輸入信號(hào)-z1，U4C的反相輸入端輸入信號(hào)y1、-y2，A6輸入信號(hào)x1，U5B的反相輸入端輸入信號(hào)y1、-y2，A7輸入信號(hào)-x1、z1，U6A的反相輸入端輸入信號(hào)x1、-x2，A9輸入信號(hào)y1、z1，U6D的反相輸入端輸入信號(hào)x1、y1時(shí)，上述參數(shù)校正單元2實(shí)現(xiàn)式2表示的控制律。同步反同步切換單元3用于根據(jù)控制指令，控制響應(yīng)單元5與驅(qū)動(dòng)單元1處于同步狀態(tài)或反同步狀態(tài)。具體地，控制指令包括同步控制指令與反同步控制指令。可以理解的是，同步反同步切換單元也可以手動(dòng)完成切換。圖8示出了本發(fā)明實(shí)施例的同步反同步切換單元電路，參見圖8，當(dāng)接收到同步控制指令時(shí)，同步反同步切換單元3的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端分別向響應(yīng)單元發(fā)送信號(hào)-x1、-y1、-z1、-x1，使響應(yīng)單元4與驅(qū)動(dòng)單元1同步；當(dāng)接收到反同步控制指令時(shí)，同步反同步切換單元3的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端分別向響應(yīng)單元4發(fā)送信號(hào)x1、y1、z1、x1，使響應(yīng)單元4與驅(qū)動(dòng)單元1反同步。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，同步反同步切換單元3采用電子開關(guān)對(duì)響應(yīng)單元4的狀態(tài)進(jìn)行控制，其切換頻率達(dá)到千赫茲數(shù)量級(jí)。圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例的切換頻率為1kHz時(shí)的同步與反同步切換相圖，參見圖5，狀態(tài)變量x1、x2在切換頻率達(dá)到千赫茲數(shù)量級(jí)時(shí)仍然保持良好的同步和反同步，沒有出現(xiàn)明顯的延遲。響應(yīng)單元4為四維超混沌Lü系統(tǒng)，其用于在同步反同步切換單元3的控制下，實(shí)現(xiàn)與驅(qū)動(dòng)單元1的同步或反同步。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，響應(yīng)單元4采用如下電路設(shè)計(jì)：圖9是本發(fā)明實(shí)施例的響應(yīng)單元電路原理圖，參見圖9，響應(yīng)單元4包括第一響應(yīng)電路、第二響應(yīng)電路、第三響應(yīng)電路、第四響應(yīng)電路。第一響應(yīng)電路為x2通路，包括：乘法器A12、A13、A14，積分器U8B，運(yùn)算放大器U8A、U8C、U8D。其中，U8A的輸出端與A12的輸入端相連，A13的輸出端與A14的輸入端相連，A12、A14的輸出端及U8D的輸出端與U8B的反相輸入端相連，U8B的輸出端與U8C的反相輸入端相連，U8D的反相輸入端與同步反同步切換單元的第一輸出端相連。第二響應(yīng)電路為y2通路，包括：乘法器A15、A16、A17，積分器U9A，運(yùn)算放大器U9B、U9D。其中，A16的輸出端與A17的輸入端相連，U9B的輸出端及A15、A17的輸出端與U9A的反相輸入端相連，U9A的輸出端與U9D的反相輸入端相連，U9B的反相輸入端與同步反同步切換單元的第二輸出端相連。第三響應(yīng)電路為z2通路，包括：乘法器A18、A19，積分器U10C，運(yùn)算放大器U9C、U10D。其中，U9C的輸出端及A18、A19的輸出端與U10C的反相輸入端相連，U10C的輸出端與U10D的反相輸入端相連，U9C的反相輸入端與同步反同步切換單元的第三輸出端相連。第四響應(yīng)電路為ω2通路，包括：乘法器A20，積分器U10A，運(yùn)算放大器U10B、U11B。其中，U10B的輸出端與A20的輸入端相連，A20的輸出端與U10A的反相輸入端相連，U10A的輸出端與U11B的反相輸入端相連，U10B的反相輸入端與同步反同步切換單元的第四輸出端相連。響應(yīng)單元4的輸入信號(hào)設(shè)計(jì)如下：U8A的反相輸入端輸入信號(hào)x1、-y1，A13輸入信號(hào)y1、-z1，A14輸入信號(hào)h，A12輸入信號(hào)a，U8D的反相輸入端輸入信號(hào)-x2。U9B的反相輸入端輸入信號(hào)-y2，A15輸入信號(hào)-x1、c，A16輸入信號(hào)x1、z1，A17輸入信號(hào)l，U9A的反相輸入端輸入信號(hào)-y1。U9C的反相輸入端輸入信號(hào)-z2，A18輸入信號(hào)x1、-y1，A19輸入信號(hào)z1、b。U10B的反相輸入端輸入信號(hào)y1，A20輸入信號(hào)k，U10A的反相輸入端輸入信號(hào)ω2。需要說明的是，圖9中以u(píng)2表示ω2。當(dāng)響應(yīng)單元4在同步反同步切換單元3的控制下，處于同步狀態(tài)時(shí)，其數(shù)學(xué)模型如式3、式4所描述；處于反同步狀態(tài)時(shí)，其數(shù)學(xué)模型如式3、式5所描述。在實(shí)際應(yīng)用中，由于各狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)范圍超出了放大器的線性區(qū)，所以在對(duì)元器件參數(shù)進(jìn)行選擇時(shí)，進(jìn)行了0.1倍的壓縮。由于是線性壓縮，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)特性造成影響。上述諸電路中的乘法器選用AD633，運(yùn)算放大器及積分器中的運(yùn)放選用TL0841D，各電路圖用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽的方法進(jìn)行連接。本發(fā)明提供的基于混沌同步反同步切換的信號(hào)發(fā)生器，能夠針對(duì)參數(shù)未知、不同維、異結(jié)構(gòu)的混沌系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)同步與反同步控制，并能夠進(jìn)行同步與反同步切換快速，其弛豫時(shí)間短，切換頻率高，具有破解難度大、保密性能好的特點(diǎn)，在通信領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，如：ROM/RAM、磁碟、光盤等。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3