基于串并联忆阻器的混沌振荡器及其应用

【摘要】随着全球信息化的高速发展,保密通信是国家科技与信息安全的一项极其重要的基础研究。混沌信号具有非周期,连续宽频带,似噪声的特点,将高质量高性能的混沌系统用于保密通信,具有重要的理论研究价值和极富竞争力的应用前景。忆阻器是一种具有记忆功能的非线性无源器件,它的阻值会随着输入激励信号和时间的改变而改变。忆阻器可以产生各种丰富的非线性曲线,这可以提高混沌系统的复杂度和信号的随机性。另外,忆阻器具有过零点的伏安特性曲线、纳米尺寸和低功耗的特点,其作为混沌系统的非线性部分,可以使系统的物理尺寸大大减小,能量的消耗必然会降低。因此,基于串并联忆阻器的混沌振荡器为新一代的保密通信带来了曙光。新一代混沌振荡器以其体积小、功耗低等优势,将广泛应用于保密通信、图像加密和扩频通信等领域。本文先对单个忆阻器进行了深入的研究,建立了其模型,分析了其典型特性,分析其串并联特性。本文的主要内容包括以下四个部分：(1)研究忆阻器的数学模型,根据HP忆阻器的数学模型,分析了磁通控制和电荷控制忆阻器模型,并对串并联忆阻器进行了数值仿真,分别建立了其SPICE电路模型,并对这些模型进行了仿真验证。(2)研究HP忆阻器非线性特性,将磁通控制忆阻器应用于蔡氏混沌系统中,观察到了混沌吸引子,分析了该混沌系统的动力学特性。分析了混沌系统的相关性质及混沌系统的判别方法,还数值分析了一个基于磁控忆阻器的四阶混沌系统及其功率谱,李雅普诺夫指数和分岔图。(3)基于两个串联忆阻器构建一个四阶超混沌系统,不仅用MATLAB对其进行了数值分析,而且用SPICE电路实现了该混沌系统。SPICE电路仿真实验结果和数值分析结果一致,这充分说明了该超混沌系统产生混沌的能力。(4)把混沌振荡器得到的混沌信号运用在图像加密中,分析了加密方法和解密过程。把忆阻器应用于阶梯信号发生电路中,得到了较好的效果。最后设计-个含有忆阻器件(忆阻器,忆容器和忆感器)的混沌振荡电路,并分析了相应的仿真结果。最后,对本文的工作进行了总结,并对下一步需要做的工作进行了展望。
【作者】尹玮宏；
【导师】王丽丹；
【作者基本信息】西南大学，信号与信息处理，2014，硕士
【关键词】忆阻器；串联；并联；混沌振荡器；电路实现；

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