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混沌同步及其在通信中的应用研究

张学义  
【摘要】: 对混沌现象的认识是非线性科学最重要的成就之一。随着对混沌现象研究的不断深入,混沌控制成为这一领域的前沿课题。混沌同步属于混沌控制的范畴,近年来混沌同步已成为混沌研究的重要内容。由于混沌信号具有宽频谱、似噪声等特点,混沌在保密通信中具有潜在的应用前景。本文通过对混沌系统及其同步方法的理论和应用的研究,为混沌系统的同步方法及其在通信中的应用扩充理论基础和提供理论方法。 由于混沌理论还很不成熟,论文系统地介绍了混沌的基本概念和定义、混沌的主要特征、刻划混沌的测度、研究方法以及混沌系统的分类。讨论了把混沌系统应用于保密通信的理论依据和方法。 针对目前混沌同步问题的定义认识不统一的情况,概括实际应用中可能存在的混沌同步问题,论文作者提出了自己的混沌同步的定义。在此基础上,对混沌同步问题给出了自己的分类方法,为混沌同步问题能够更加系统、深入地进行研究奠定了基础。 作为混沌系统控制的基础,以典型混沌系统Lorenz系统为例,首次利用非线性系统几何理论对混沌系统进行了能控性和能观性分析,在给出对Lorenz系统分析结果的同时,也为实现混沌系统的同步控制提供了理论方法 本文提出了一种利用变结构控制方法实现混沌同步的方法。根据变结构控制原理和结合混沌同步问题的特殊性,即滑模区在平衡点处的厚度为零和控制器的输出为零的要求,设计了一种基于单变量的变结构混沌同步控制器。仿真结果证实了所提方法的正确性和有效性。在此基础上,提出了一种基于变结构混沌同步的保密通信系统模型,该模型把一个混沌系统作为加密调制器,其变结构同步控制系统作为解调器。分别采用振幅隐蔽调制和扩展频谱调制两种方法进行保密通信。仿真结果表明,利用变结构混沌同步不仅能够实现对信号的解调,而且有较强的抗干扰能力。 在变结构混沌同步方法的基础上,利用混沌系统的遍历性和伪随机性,提出了一种新的保密性很强的混合DS/SFH扩频通信系统设计方案。采用离散混沌系统Chebyshev映射设计了混沌扩频序列,包括直扩序列和跳频序 哈尔滨工程大学博士学位论文 列。在理论上证明了利用ChebysheV映射设计的扩频序列不仅能够满足扩频 序列的设计要求,还具有数量大,相关性好,宽间隔跳频等优点。针对 cne切sneV直接扩频序列,提出并设计了一种相关检测方案,推导了该方案 的误码率公式。仿真结果证实了理论分析的正确性。 根据所提出的混合DS/SFH扩频通信系统方案,采用MSK相干调制, 在假设直接序列扩频后信号带宽等于跳频间隔的情况下,推导了系统在部分 频带多频干扰和加性白噪声下的误比特率公式。对最恶劣条件下系统的抗干 扰性能进行了仿真研究,结果表明,在某些情况下,在慢跳频系统中,加入 混饨直扩成分,即使不增加系统带宽也能有效地改善系统对抗部分频带多频 干扰的能力。 论文通过对APD同步方法对参数的灵敏性的分析,发现低维混饨系统 容易被重构。如果单一使用系统参数作为密钥,有潜在的不安全性。为增强 通信系统的保密性能。论文提出利用高维时空混饨系统进行保密通信的思 想。结合图象数据传输量比较大的特点,设计了一种基于单向耦合映象格子 pCML)时空混饨系统和时分复用的数字图象保密通信方案。该方案具有很 高的编码效率和通信安全性。仿真结果证实了所提方案的正确性和有效性。


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