基于忆阻器的多涡卷混沌电路设计及应用

摘要

随着互联网技术的快速发展，各种信息大量涌现，提高混沌保密通信的性能将成为科技发展的重要趋势。忆阻器作为第四种基本元件，具有非线性、体积小、功耗低、易于集成、非易失性等特点，非常适合应用于混沌信号源电路。与单涡卷和双涡卷吸引子相比，多涡卷吸引子能够实现各个涡卷间更丰富的跳跃，表现出更复杂的动力学行为。因此，通过简单的电路实现复杂多涡卷混沌吸引子得到快速的发展。而在目前已有的工作中，大多数多涡卷系统非线性函数结构都很复杂。因此，设计更优越的忆阻器多涡卷混沌系统是一项有意义的工作。
　　混沌吸引子通常是在指标2的鞍焦平衡点处生成的，因此，多涡卷吸引子的设计通常是基于双涡卷混沌吸引子，扩展所需的鞍焦平衡点而得到。本文选取了经典的Chua电路，用N个磁控忆阻器并联构造多分段线性函数，代替蔡氏二极管实现单方向多涡卷，并给出了详尽的动力学特性分析。在并联忆阻多涡卷基础上，运用电路的对偶理论，设计了基于荷控忆阻器与电感串联的多涡卷系统，丰富了忆阻多涡卷混沌实现方式。紧接着以并联忆阻多涡卷为单位，设计了多个单方向多涡卷系统耦合的多方向多涡卷混沌系统并分析相应的平衡点分布和相轨迹仿真。最后，将并联忆阻多涡卷混沌信号与蔡氏忆阻混沌信号应用于图像加密，通过对比加密性能，可以得出，所设计出来的混沌系统输出信号比蔡氏忆阻混沌信号更加复杂；而同一个系统中，基于忆阻伏安建模的混沌信号要比韦库模型下的混沌信号更加复杂。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3忆阻多涡卷混沌研究意义

1.4 研究内容

2 混沌理论及忆阻器基础

2.1 混沌理论

2.2 典型的混沌系统

2.3 忆阻器基础

2.4 忆阻混沌电路建模方法

2.5 本章小结

3 基于忆阻器的单方向多涡卷系统设计

3.1 蔡氏忆阻混沌电路的设计

3.2 忆阻并联多涡卷混沌系统的设计

3.3 对偶理论

3.4 忆阻串联多涡卷混沌系统的设计

3.5 本章小结

4 忆阻器多方向多涡卷系统设计与实现

4.1M×N 方向网格状多涡卷

4.2 M ×N ×D 方向立体多涡卷

4.3 本章小结

5 忆阻器多涡卷混沌在图像加密中的应用

5.1 混沌保密通信电路设计与分析

5.2混沌图像加密性能分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 本文的创新点

6.3 课题展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间参加的科研项目