混沌同步方法及其在保密通信中的应用研究

摘要

混沌是存在于自然界的一种普遍运动形式,它把系统外在的随机性和内在的决定性有机地统一在一起,对初值异常敏感,具有遍历性、分维性、标度性、宽带功率谱等突出特征。在网络和通信技术迅速发展的今天,将混沌的这些特性应用于保密通信具有现实的研究意义。而混沌同步理论的研究和发展,为其在保密通信中的应用准备了理论基础。
　　本文在混沌理论和控制理论的基础上,对混沌同步方法及其在保密通信中的应用进行了深入研究,论文的主要内容如下:
　　(1)简要介绍了混沌的基本理论,包括其发展历史、定义、基本特征、分析方法及典型的混沌系统模型。在此基础上,针对文中着重研究的混沌同步问题,介绍了其研究概况和定义,给出了分析混沌同步稳定性的方法,重点阐述了混沌同步的几种常见方法,并对各方法的优缺点进行了分析比较。
　　(2)重点研究了基于遗传算法的混沌同步方法。将遗传算法和反馈同步法相结合,针对反馈同步法在同步混沌时存在的整定反馈增益矩阵难的问题,将遗传算法用于反馈增益矩阵的动态调整优化及对驱动系统中未知参数的估算,并以统一混沌系统为对象进行了具体的分析设计。数值仿真实验表明,本方法能在短时间内或仅通过单个反馈增益变量实施反馈实现驱动系统参数未知的统一混沌系统的同步,且响应系统参数能收敛于驱动系统中的未知参数。
　　(3)重点研究了异结构混沌系统间全状态混合投影同步方法。基于李雅普诺夫稳定性理论和自适应控制理论,通过将一标量正定函数作为关于状态和参数误差的李雅普诺夫函数的方法,设计出自适应控制器和参数调节律,实现了属同一类型但具体结构不同且参数未知的混沌系统间的全状态混合投影同步。数值仿真实验表明,本方法能在短时间内实现上述混沌系统间的全状态混合投影同步,并使得估计参数收敛于真值或真值的某一范围。
　　(4)研究了混沌同步在保密通信中的应用。在给出混沌保密通信的基本结构和主要方法后,根据上述两种混沌同步方法,分别以音频信号和图像信号为传输对象,对混沌掩盖保密通信进行了仿真实验,再次验证了上述混沌同步方法的有效性及其应用于保密通信的可行性。最后在增加噪声干扰的情况下,分三种状况进行了混沌保密通信仿真实验并作了比较分析。

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第一章 绪论

§1.1 混沌的基本理论

§1.2 混沌同步研究概况

§1.3 论文的研究意义与结构安排

第二章 混沌同步

§2.1 混沌同步的定义

§2.2 混沌同步的稳定性分析

§2.3 几种常见的混沌同步方法

§2.4 本章小结

第三章 基于遗传算法的混沌同步方法设计

§3.1 遗传算法的基础知识

§3.2 基于遗传算法的统一混沌系统的同步

§3.3 本章小结

第四章 异结构混沌系统间全状态混合投影同步方法设计

§4.1 全状态混合投影同步的定义

§4.2 全状态混合投影同步自适应控制器的设计

§4.3 参数确定的混沌系统间全状态混合投影同步

§4.4 参数未知的混沌系统间全状态混合投影同步

§4.5 本章小结

第五章 混沌同步在保密通信中的应用

§5.1 混沌保密通信的基本结构

§5.2 混沌保密通信的主要方法

§5.3 利用混沌掩盖方法的保密通信仿真实验

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 论文主要研究内容

§6.2 混沌同步研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果