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1、时分复用技术在混沌保密通信系统中的应用研究摘 要混沌是一种貌似随机的非随机运动，它是非线性确定系统中由于内禀随机性而产生的外在复杂表现。其最明显的特征就是对初始条件的极端敏感性，初始条件的微小差异可能对以后的时间演化产生巨大的影响，所以混沌系统的长期演化行为是不可预测的，但是若对混沌系统加以控制，是可以应用的。利用混沌系统进行保密通信的研究已成为当前国际电子学前沿研究的一个热点。目前已经有多种保密通信方案，本文主要作以下方面的研究：(a)系统论述了混沌保密通信的发展状况与研究意义,以及混沌保密通信原理。(b)列举了与混沌相关的基础知识，包括混沌的定义、混沌的特性、混沌保密通信的理论依据和方法等
2、一系列问题。(c)介绍了蔡氏混沌电路的构造，并对蔡氏电路的动力学行为进行了仿真研究。混沌保密通信中，混沌同步是一项关键技术。本文针对驱动响应式Chua电路混沌同步系统，提出混沌同步系统的自保持特性，并根据时分复用技术的原理解决了目前在混沌保密通信中，如何在同一信道中同时高效传输明文信息和混沌同步控制信号，为混沌同步在工程、通信领域的实际应用奠定了基础。关键词：保密通信，Chua电路，混沌同步，时分复用Research on TDM Technology in the Chaotic Secure Communication SystemABSTRACT Chaos is a seemingly
3、 random non-random movement, it is non-linear system to determine the intrinsic randomness of the resulting performance of the external complexity.The most obvious feature is the extreme sensitivity to initial conditions, small differences in initial conditions the time evolution of the future may h
4、ave a huge impact, so the long-term evolution of chaotic system behavior is unpredictable, but if the chaotic system tocontrol can be applied.Chaotic secure communication systems have become the forefront of the international electronics research hot spot.Currently has a variety of secure communicat
5、ion scheme, this paper made the following aspects: (a) Systematically discussed the development of chaotic secure communication and research significance, and the principle of chaotic secure communication. (b) Also cited the chaos associated with the basics, including the definition of chaos, chaos
6、characteristics, the theoretical basis of chaotic secure communication and methods and other issues. (c) Describes the construction of Chuas chaotic circuit, and the dynamic behavior of Chuas circuit is simulated.Chaotic secure communication, chaos synchronization is a key technology.This paper driv
7、e - response type synchronization systems Chaotic Chua proposed chaos synchronization self-maintenance characteristic system, and in accordance with the principle of time division multiplexing technology to solve the current chaotic secure communication, how to express the same channel at the same t
8、ime efficient transmission of information and chaossynchronous control signals, for the chaos synchronization in engineering, communications, laid the foundation for practical application.KEY WORDS: Secret communication, Chuas circuit, Chaos synchronization, TDM目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 混沌保密通信的发展状况11
9、.2 混沌保密通信的研究意义31.3 保密通信原理31.4 论文的主要研究内容42 混沌的相关理论62.1 混沌的定义62.2 混沌的特性72.3 混沌保密通信的理论依据及方法82.3.1 混沌保密通信的理论依据82.3.2 混沌保密通信的方法92.4 混沌保密通信实用化存在的问题103 混沌电路及其特性113.1 混沌电路的构造113.2 Chua混沌电路的结构及方程113.3 蔡氏电路的改进143.4 电路仿真164 混沌系统的同步194.1 同步的定义194.2 混沌系统同步控制原理204.3 混沌同步的实现方法224.3.1 驱动响应同步方法224.3.2 耦合同步方法224.3.3
10、自适应同步方法234.3.4 混沌同步方法的比较244.4 混沌同步系统的自保持特性245 时分复用在混沌保密通信中的应用265.1 驱动响应式Chua电路混沌同步系统265.2 时分复用在混沌保密通信中的应用研究275.2.1 时分复用技术275.2.2 时分复用保密通信原理285.2.3 混沌保密通信系统的实现296 总结306.1 本文主要研究工作306.2 展望30致谢31参考文献321 绪论1.1 混沌保密通信的发展状况混沌是一种貌似无规则的运动，在确定性系统中出现的类似随机的过程。混沌是非线性动力学系统所特有的一种运动形式，它广泛存在于自然界，如物理、化学、生物、社会等领域。一个确
11、定性系统是这样一种动力学系统：它由确定的常微分方程、偏微分方程、差分方程或迭代方程描述，方程中的系数都是确定的。给出初值后系统的运动状态是完全确定的，即未来完全包含于过去之中。当初值有微小变化时，系统的变化也不会太大。六十年代人们发现有一些系统，虽然描述它们的方程是确定的，但系统对初值有极强的敏感性，即初值有极微小的变化将引起系统后来不可预测的改变，这样看来，系统运动似乎是随机的。这种对初值的敏感性或说确定性系统内在的随机性就是混沌。人们对混沌现象的研究起始于上世纪七十年代。而混沌通信在国际上则是起源于二十世纪九十年代初期。一九九零年，美国海军实验室研究人员Pecora和Carroll首次利用
12、驱动响应法是先两个混沌的同步，标志着将混沌理论应用于通信领域成为可能，随后国际上先后提出了许多混沌通信制式及其理论方法，美国马里兰大学的Grebogi和Yorke二位教授提出了混沌控制的新方法立即犹如一阵旋风席卷全球，国内外掀起了第二次混沌研究的高潮，利用混沌和混沌同步实现秘密通信已经成为近年来竞争最为激烈的混沌应用研究领域。美国、俄罗斯、英国、德国、意大利、日本、加拿大、瑞士等国家的科学家都参与了激烈的竞争，而我国学者也相当关注，各自研究新的混沌系统，发展有效的信号处理和信息保密等通信技术.国内外对于混沌保密通信的研究可谓是热情高涨，目前利用混沌进行的保密通信大致分为三类：第一类是直接利用混
13、沌进行保密通信；第二类是利用同步的混沌进行保密通信研究；第三类是混沌数字编码的异步通信。其中第二类利用同步的混沌保密通信是国际上广泛研究的方法，迄今已提出和发展了同步混沌三大保密技术：混沌遮掩，混沌调制和混沌开关技术，同时这三大技术也是目前保密通信研究领域中竞争最为激烈的三项技术。近年来国际上也提出了无需同步的混沌遮掩，混沌调制和混沌开关技术。1983年蔡少棠教授首次提出了著名的Chua电路，它是迄今为止在非线性电路中产生复杂动力学行为最为有效而简单的混沌振荡电路之一，通过对Chua电路参数的改变，可以产生从倍周期分岔、单涡卷、周期3到双涡卷等十分丰富的混沌现象，从而使人们从电路的角度较方便地
14、对混沌机理与特性进行研究，由此产生了基于Chua电路的混沌保密通信研究。在我国，对混沌通信进行系统性的研究始于二十世纪九十年代中期。广西师范大学、中国原子能科学院、中科院物理所、清华大学、南京大学、北京科技大学、武汉大学、北京邮电大学、北京师范大学、通信兵工程学院等都在积极研究，大多侧重于混沌编码的研究。国内学者郝柏林、朱照宣、裴留庆、胡键东、凌燮亭、何振亚、郑君里、丘水生和钟国群等对混沌机理、混沌同步以及混沌通信三个面的研究做出过重要贡献，裴留庆教授提出一种改善安全性能的多级调制混沌通信系统；胡键东教授提出改进型的LOGISTIC-MAP混沌扩频序列，这种混沌扩频序列可用于（CD）2MA系统
15、;凌燮亭教授分析混沌通信系统的保密性能；何振亚教授领导的研究小组则提出一种基于离散耦合的混沌数字通信方案；郑君里教授提出了异步码分多址通信中的混沌扩频系列；丘水生教授建立了混沌吸引子的细胞模型，在此基础上提出了混沌系统的键波采样式研究；钟国群教授和尹元昭教授首次在国内进行过混沌通信的硬件实验研究。以上的这些研究工作和成果，对我国混沌通信研究的起步和发展起到了很大的促进和推动作用。进入21世纪，混沌通信技术面临着新的发展机遇。在民用领域，随着信息需求量的不断增长，传统的窄带通信技术越来越不能满足用户的要求。“频率拥挤”现象正在形成。人们开始寻求效率更高、容量更大的新通信体制。扩展频谱通信技术成为解决带宽矛盾的首选技术，如较为成熟的第三代移动通信技术采用了扩展频谱通信理论为基础的直接序列扩频码分多址技术(DSCDMA)，可以使通信容量达到现有通信方式的4倍，而且具有更好的通信质量。扩展频谱的关键技术是伪噪声编码调制和信号相关处理。由于混沌信号具有较为理想的相关特性和伪随机性，以及混沌系统固有的对初始条件的敏感性，基于混沌同步的扩频通信技术就有了坚实的理论基础。人们希望用它来改善扩频通信系统的性能，于是，混沌扩频序列的研究成为
