简化Lorenz系统的电路设计与实现研究

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随着混沌理论在保密通信工程等领域的应用,构建实际的混沌系统,产生混沌信号成为混沌应用研究的热点。混沌系统的物理实现是混沌应用的硬件基础。本文以简化Lorenz系统为研究对象,研究了模拟混沌电路与数字混沌电路的设计与实现问题,研究结果具有实际意义和应用价值。   采用分立元件设计了简化Lorenz混沌模拟电路系统。通过演化相图对系统的动力学特性进行了分析;系统参数与电路元件参数一一对应,通过调节电路中的可变电阻,观察到了该单参数系统的极限环、叉式分岔、倍周期分岔和混沌等动力学现象,以及该系统由倍周期分岔进入混沌的过程。研究结果表明,简化Lorenz系统具有物理可实现性、丰富的动力学特性,电路实验、理论分析以及仿真结果的一致性。   采用分数阶积分单元等效电路,设计并实现了分数阶简化Lorenz混沌模拟电路系统。研究了分数阶简化Lorenz系统存在混沌的必要条件,找出了分数阶简化Lorenz系统出现混沌的最低阶数为2.765,分析了最低阶数随系统参数变化的一般规律,并对该系统进行了动力学特性分析。   基于FPGA技术,通过对连续混沌系统进行离散化操作,研究了简化Lorenz混沌数字电路系统。采用Simulink的SystemGenerator工具箱对离散化的连续混沌系统进行建模,通过编译,将其转换为硬件描述语言VHDL。然后通过Xilinx公司的开发工具ISE对电路设计进行了综合与验证,为设计混沌伪随机序列发生器奠定了基础。  
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