混沌形狀同步控制及在保密通信中的應用研究.pdf

1、隨著網絡信息技術的日益普及，保密通信已經成為信息處理與自動化控制等的關鍵技術之一。尋找新的保密通信算法與策略日益成為計算機科學技術、控制科學與工程、應用數學等多學科領域研究的熱點。值得注意的是，利用混沌信號的性質研究保密通信算法和策略是其中的一個、重要的研究方向?；煦缧盘柧哂斜闅v性、非周期性、連續(xù)寬帶頻譜、似噪聲等偽隨機特性，已有的研究結果表明這些特性有助于通信保密和圖像加密。隨著對混沌系統的深入研究，混沌系統控制同步問題的研究引起了人

2、們的重視，其中混沌系統完全同步、廣義同步、相位同步和滯后同步等的研究結果已經為混沌在保密通信中的應用奠定了必要的理論基礎，目前，相關的混沌同步控制新算法與保密通信應用新方法等方面的研究仍然處于探索發(fā)展階段，與之相關的新問題構成了多學科領域中研究的重點。
　　本論文研究內容主要著重于連續(xù)混沌系統的形狀同步控制以及形狀同步控制在保密通信中應用。分別針對二維和三維連續(xù)混沌系統，采用微分幾何的經典數學理論知識，利用混沌曲線的曲率設計形狀同

3、步控制器，實現驅動響應混沌系統的形狀同步。利用混沌掩蓋方法構造相應的混沌形狀同步保密通信系統。本論文的創(chuàng)新工作主要體現在以下幾個方面:
　　1.二維連續(xù)混沌系統的形狀同步的控制和研究:首先提出了二維連續(xù)混沌系統的驅動響應形狀同步的概念。其次根據平面曲線的曲率和弧長特征設計了合適的驅動響應形狀同步控制器。最后通過仿真顯示了形狀同步控制器的有效性:在控制器的作用下，驅動響應系統在相平面的混沌吸引子（運動的軌跡）有著相同的形狀、處于不同

4、位置。這意味著:達到形狀同步的驅動響應系統只是形狀相同，相對應的狀態(tài)變量并不相等。
　　2.基于二維連續(xù)混沌系統驅動響應形狀同步保密通信的研究。針對二維連續(xù)混沌系統，提出了多通道保密通信系統的方案。多數情況下，保密通信系統采用在公用信道中傳遞的信號不僅是原始有用信號的載體同時作為驅動信號。在我們提出的方案，驅動信號和需要被掩蓋的有用信號分別在不同的通道中傳輸。而驅動信號是經過對驅動系統的兩個輸出混沌信號經過復雜處理后的混沌信號，代

5、表驅動系統混沌吸引子的形狀特征變量。原始有用信號通過加法器加載在驅動系統的混沌輸出上發(fā)送至接收端。接收端接收到通過加密函數加密的驅動系統的初始信息后，將已經具有和驅動系統混沌吸引子相同形狀的響應系統混沌吸引子經過平移和旋轉后完全重合，最終恢復出原始有用信號。仿真結果表明，原始有用信號從初始時間開始就能夠達到準確的恢復，并且基于驅動響應形狀同步的方法具有顯著的優(yōu)點，提高了系統的安全性和靈活性。多通道保密通信對噪聲具有很強的魯棒性。

6、　　3.三維連續(xù)混沌系統驅動響應的形狀同步的控制和研究。首先給出三維連續(xù)混沌系統的形狀同步的概念。對三維連續(xù)混沌進行降維處理，得到驅動系統的三個投影系統（二維系統）。其次根據平面曲線的曲率和弧長特征分別為這三個投影系統設計合適的驅動響應形狀同步控制器，實現和對應的三個響應系統的形狀同步。最后通過仿真證明形狀同步控制器的有效性。
　　4.基于三維連續(xù)混沌系統驅動響應形狀同步保密通信的研究。針對三維連續(xù)混沌系統，提出了兩種多通道保密通

7、信系統的方案。第一種，將需要掩蓋的原始有用一維信號依次疊加在驅動系統的輸出的三個混沌信號中由獨立的通道發(fā)送至接收端。發(fā)送端通過信號合成器提取其中兩個驅動投影系統混沌吸引子的特征變量作為驅動信號發(fā)送至接收端。接收端在控制器的作用下實現和投影系統的驅動響應形狀同步。在接收到通過加密函數加密的驅動系統的初始信息后，將已經達到形狀同步的兩條平面曲線經過平移和旋轉后完全重合，最終恢復出原始有用信號。第二種，將需要掩蓋的原始有用三維信號分解成三個一