基于线性反馈移位寄存器和混沌系统的伪随机序列生成方法

结合线性反馈移位寄存器（LFSR）和混沌理论各自的优点,采用循环迭代结构,给出一种将LFSR和混沌理论相结合的伪随机序列生成方法.首先根据LFSR的计算结果产生相应的选择函数,通过选择函数确定当前迭代计算使用的混沌系统,应用选择的混沌系统进行迭代计算产生相应的混沌序列;然后把生成的混沌序列进行数制转换,在将得到的二进制序列作为产生的伪随机序列输出的同时将其作为反馈值与LFSR的反馈值进行相应的运算,运算结果作为LFSR的最终反馈值,实现对LFSR生成序列的随机扰动.该方法既可生成二值伪随机序列,也可生成实值伪随机序列.通过实验对生成的伪随机序列进行了分析,结果表明,产生的序列具有良好的随机性和安全性. 关键词： 线性反馈移位寄存器 混沌系统 伪随机序列 随机性     

混沌伪随机序列的谱熵复杂性分析

为了准确分析混沌伪随机序列的结构复杂性,采用谱熵算法对Logistic映射、Gaussian映射和TD-ERCS系统产生的混沌伪随机序列复杂度进行了分析.谱熵算法具有参数少、对序列长度N(惟一参数)和伪随机进制数K鲁棒性好的特点.采用窗口滑动法分析了混沌伪随机序列的复杂度演变特性,计算了离散混沌系统不同初值和不同系统参数条件下的复杂度.研究表明,谱熵算法能有效地分析混沌伪随机序列的结构复杂度;在这三个混沌系统中,TD-ERCS系统为广域高复杂度混沌系统,复杂度性能最好;不同窗口和不同初值条件下的混沌系统复杂度在较小范围内波动.为混沌序列在信息安全中的应用提供了理论和实验依据.     

将混沌序列变换成均匀伪随机序列的普适算法

提出了一种将混沌序列变换成均匀伪随机序列的普适算法.这种算法基于计算机浮点数表示的bit位操作,不针对任何具体对象,可将任意连续或分段连续分布的实型随机变量转换成均匀分布的随机变量.理论分析表明,这种算法源于实型随机变量中普遍存在着的沿bit位以指数规律增强的均匀化趋势.任何实型的混沌序列,不论来自混沌映射系统还是混沌微分动力系统,都可以在同一个标准算法下变换成均匀分布的伪随机序列,因而是混沌伪随机数发生器标准化模块设计和硬件实现的关键技术基础. 关键词： 混沌 伪随机序列 均匀分布函数     

忆阻混沌电路的分析与实现

具有记忆功能的忆阻器是除电阻器、电容器和电感器之外的第四种基本二端电路元件. 提出了由φ-q平面上的一条三次单调上升的非线性曲线来确定的光滑磁控忆阻器,它有着斜"8"字形的类紧磁滞回线的伏安特性曲线. 采用此忆阻器和负电导构成的有源忆阻器替换蔡氏混沌电路中的蔡氏二极管,导出了一个基于忆阻器的混沌振荡电路. 此外,利用常规的运算放大器和乘法器等元器件给出了有源忆阻器的等效电路实现形式. 理论分析、数值仿真和电路仿真结果一致,均表明忆阻混沌电路的动力学行为依赖于忆阻器的初始状态,在不同初始状态下存在混沌振荡、周期振荡或稳定的汇等不同的运行轨道. 关键词： 忆阻器 混沌电路 初始状态 等效电路     

Design and implementation of a novel multi-scroll chaotic system

This paper proposes a novel approach for generating a multi-scroll chaotic system. Together with the theoretical design and numerical simulations, three different types of attractor are available, governed by constructing triangular wave, sawtooth wave and hysteresis sequence. The presented new multi-scroll chaotic system is different from the classical multi-scroll chaotic Chua system in dimensionless state equations, nonlinear functions and maximum Lyapunov exponents. In addition, the basic dynamical behaviours, including equilibrium points, eigenvalues, eigenvectors, eigenplanes, bifurcation diagrams and Lyapunov exponents, are further investigated. The success of the design is illustrated by both numerical simulations and circuit experiments.     

INVERSE SYNCHRONIZATION OF CHAOTIC SYSTEMS IN AN ERBIUM-DOPED FIBRE DUAL-RING LASER USING THE MUTUAL COUPLING METHOD

Inverse synchronization of chaos is a type of synchronization in which the dynamical variables of two chaotic systems are inversely equal. In this paper, we present a scheme for inverse synchronization of two chaotic systems in an erbium-doped fibre dual-ring laser using the mutual coupling method. For realistic values of the systems, we demonstrate two kinds of results, as follows. (1) Two independent identical chaotic systems can go into inversely synchronized chaotic oscillation for coupling greater than 0.03. (2) When some parameter of one system varies, the state of the coupled systems could go into some periodic states directly or by inverse bifurcation. Simultaneously, they will lose the synchronization as the parameter changes.     

模糊熵算法在混沌序列复杂度分析中的应用

为了准确分析混沌序列的复杂性, 采用模糊熵算法(FuzzyEn) 对典型离散混沌系统和连续混沌系统的复杂度进行分析. 与近似熵(ApEn)、 样本熵(SampEn) 和强度统计复杂度算法相比, FuzzyEn算法是一种更有效的混沌复杂度测度算法, 且对相空间维数(m)、 相似容限度(r) 和序列长度(N) 的敏感性、 依赖性更低, 鲁棒性和测度值的连续性更好. 对混沌系统的复杂性分析表明, 连续混沌系统的复杂度远小于离散混沌系统, 但是如果利用高复杂度的离散混沌伪随机序列或经典 m序列对连续混沌系统产生的伪随机序列进行扰动, 则能大大提高混沌序列的复杂性. 为混沌序列在密码学和混沌保密通信中的应用提供了理论依据.     

大幅度增加弛豫振荡频率来实现毫米级外腔半导体激光器的外腔机制转换

混沌外腔半导体激光器输出明显存在弛豫振荡特征,弛豫振荡频率小于外腔振荡频率时,外腔半导体激光器输出态是短腔机制;反之,外腔半导体激光器输出态是长腔机制.首先对比分析了弛豫振荡频率为5.6 GHz,腔长对频谱有效带宽的影响.然后同时调节注入电流和载流子寿命来大幅度地增加弛豫振荡频率.最后在弛豫振荡频率为40 GHz、腔长为毫米级(4—20 mm)时,实现由短腔机制到长腔机制的转换,进而分析了外腔反馈率和外腔长对外腔半导体激光器频谱带宽的影响.分析结果表明:短腔机制下,输出混沌态不稳定,0.1 mm的偏差就会导致混沌态与非混沌态之间的转化;长腔机制下,输出混沌态稳定,输出混沌区域较大,证明长腔机制下更有益于获得宽带连续的混沌区域.在弛豫振荡频率为40 GHz、外腔长度为毫米级时,实现了外腔半导体激光器的长腔机制,从而增大了高带宽混沌的参数空间.     

混沌伪随机序列复杂度分析的符号动力学方法

通过将混沌伪随机序列看成一个符号序列，提出了用符号动力学的 方法来分析混沌伪随机序列的复杂度.以Logistic映射和耦合映射格子系统产生的混沌伪随 机序列为例，说明了该方法的应用，并将计算结果与近似熵ApEn法的计算结果作了比较.结 果表明，该方法可以有效地判断出不同的混沌伪随机序列的复杂程度，而且比近似熵法更为 优越. 关键词： 混沌 伪随机序列 符号动力学 熵     

基于参数切换算法的混沌系统吸引子近似及其电路设计

基于参数切换算法和离散混沌系统, 设计一种新的混沌系统参数切换算法, 给出了两算法的原理. 采用混沌吸引子相图观测法, 研究了不同算法下统一混沌系统和Rössler混沌系统参数切换结果, 最后引入方波发生器, 设计了Rössler混沌系统参数切换电路. 结果表明, 采用参数切换算法可以近似出指定参数下的系统, 其吸引子与该参数下吸引子一致; 基于离散系统的参数切换结果更为复杂, 当离散序列分布均匀时, 只可近似得到指定参数下的系统; 相比传统切换混沌电路, 参数切换电路不用修改原有系统电路结构, 设计更为简单, 输出结果受方波频率影响, 通过加入合适频率的方波发生器, 数值仿真与电路仿真结果一致.     

Relaxation Oscillation Enhancement and Coherence Collapse in Semiconductor Lasers with Optical Feedback

The dynamic characteristics of a semiconductor laser with optical feedback are strongly dependent on the injection current and the reflectivity and position of the external feedback reflector. We investigated the relaxation oscillation enhancement and coherence collapse state of the laser oscillation based on the laser rate equations. It is well known that laser output power jumps with increase of the injection current due to external mode transition. But here for the first we time demonstrate the existence of a chaotic scenario within successive laser power jumps. The results calculated by numerical simulations based on the rate equations are compared with those of the experiments and good coincidence between them is found.     

基于强度统计算法的混沌序列复杂度分析

为了分析混沌序列的复杂度,文中采用强度统计复杂度算法分别对离散混沌系统(TD-ERCS)和连续混沌系统(简化Lorenz系统)进行复杂度分析,计算了混沌序列随参数变化的复杂度,分析了连续混沌系统产生的伪随机序列分别进行m序列和混沌伪随机序列扰动后的复杂度.研究表明,强度统计复杂度算法是一种有效的复杂度分析方法,离散混沌序列复杂度大于连续混沌序列复杂度,但对连续混沌系统的伪随机序列进行m序列和混沌伪随机序列扰动后可大大增加复杂度,为混沌序列在信息加密中的应用提供了理论依据. 关键词： 强度统计复杂度算法 TD-ERCS系统 简化Lorenz系统 序列扰动     

TD-ERCS离散混沌伪随机序列的复杂性分析

采用相空间直接观察法和行为复杂性算法,系统地分析了新型TD-ERCS离散混沌系统产生的伪随机序列的复杂性,得出了其复杂性变化规律.在Kolmogorov复杂性基础上,应用经典的Limpel-Ziv算法,ApEn算法和PE算法,从一维时间序列到多维相空间重构两方面计算了TD-ERCS离散混沌伪随机序列的复杂度大小.计算结果表明,TD-ERCS系统的行为复杂性高,而且该系统的复杂性大小随系统参数改变的变化范围小,是一个复杂性非常稳定的全域性离散混沌系统,其产生的混沌伪随机序列适合于信息加密或扩频通信. 关键词： 混沌 混沌伪随机序列 TD-ERCS系统 复杂度     

一种最简的并行忆阻器混沌系统

在提出的一种压控忆阻器的基础上, 构造了最简的并联忆阻器混沌系统, 分析其动力学特性, 得到了该系统的Lyapunov指数和Lyapunov维数, 给出了时域波形、相图、Lyapunov指数谱、分岔图、Poincaré映射等. 利用EWB软件设计了该新混沌系统的振荡电路并进行了仿真实验. 研究结果表明, 忆阻器的i-v特性在参数的变化时, 并不保持斜“8”字形, 会变为带尾巴的扇形. 该混沌系统与磁控忆阻器混沌系统不同, 系统只有一个平衡点, 初始条件在系统能振荡的情况下不影响系统状态. 电路实验仿真结果和数值仿真具有很好的一致性, 证实了该系统的存在性和物理上可实现性. 关键词： 忆阻器 混沌电路 并联 动力学行为     

Non-stationary characteristics of instability in a single-mode Nd:YVO 4 laser with fiber feedback

Random chaotic burst generation was experimentally observed in a single-mode microchip Nd:YVO₄ laser with fiber feedback. As the feedback strength was increased, a transition from stable relaxation oscillation state to unstable random chaotic burst state appeared. Furthermore, the non-stationary characteristic of probability association was experimentally identified at the transition of the two states while similar characteristics were reported only by numerical simulations of simple dynamical systems. This implies the general feature of non-stationary property of the dynamic switching between two states at transition. The observed chaotic burst generation and non-stationary nature were reproduced numerically based on the Lang-Kobayashi model. Received 28 March 2001 and Received in final form 5 June 2001     

耦合电路中的复杂振荡行为分析

讨论了两个非线性电路适当连接后的耦合系统随耦合强度变化的演化过程.给出了两子系统各自的分岔行为及通向混沌的过程,指出原子系统均为周期运动时,耦合系统依然会由倍周期分岔进入混沌,同时在混沌区域中存在有周期急剧增加及周期增加分岔等现象.而当周期运动和混沌振荡相互作用时,在弱耦合条件下,受混沌子系统的影响,原周期子系统会在其原先的轨道邻域内作微幅振荡,其振荡幅值随耦合强度的增加而增大,混沌的特征越加明显,相反,周期子系统不仅可以导致混沌子系统的失稳,也会引起混沌吸引子结构的变化. 关键词： 非线性电路 耦合强度 分岔 混沌     

一种二次型忆阻器四阶混沌电路

由HP实验室研制的无源忆阻器得到的荷控二次型忆阻器模型,与有源磁控分段线性和三次光滑忆阻器模型相比,更符合实际.利用此模型并基于蔡氏混沌电路演化而来的拓扑对偶结构设计了一种新型忆阻器四阶混沌电路.理论分析、仿真及电路实现表明,该电路具有依赖于忆阻器初始状态的复杂动力学行为,也会产生随时间和系统参数变化的状态转移等非线性动力学现象,在相轨图中出现"涡眼"和"环眼".     

Lorenz系统驱动声光双稳时空混沌系统并行同步的研究

研究了一个时间混沌系统驱动多个时空混沌系统的并行同步问题.以单模激光Lorenz系统和一维耦合映像格子为例,在单模激光Lorenz系统中提取一个混沌序列,通过与一维耦合映像格子中的状态变量耦合使单模激光Lorenz系统和多个同结构一维耦合映像格子同时达到广义同步,并且多个一维耦合映像格子之间实现完全并行同步.通过计算条件Lyapunov指数,可以得到并行同步所需反馈系数的取值范围.数值模拟证明了此方法的可行性和有效性.     

Chaos generation in a semiconductor ring laser with an optical injection

Two chaos generation schemes are demonstrated numerically based on a semiconductor ring laser (SRL) with either a constant or a chaotic optical injection from an external distributed feedback (DFB) laser. Under a certain bias current, the chaotic output can be generated by the SRL with appropriate injection parameters. Parameter map is achieved numerically to show types of oscillation in the SRL. Bifurcation diagrams and Lyapunov exponent spectra roughly describe the routes to chaos for the SRL with disturbance. A bandwidth-enhanced chaos generation can be describes based on the chaotic optical injection scheme. The bandwidth of the bandwidth-enhanced chaos generated is about 12 GHz, which achieves approximately a two-fold increase compared with the constant injection scheme.     

Synchronization of memristor-based chaotic systems by a simplified control and its application to image en-/decryption using DNA encoding

In this paper, a simplified control is proposed to realize chaotic synchronization based on two identical memristor-based chaotic systems. Firstly, by using a cubic function model of memristor, a memristor-based chaotic system is realized by circuit emulation. Secondly, based on the minimum phase system and Routh–Hurwitz criterion, the state trajectories of two identical chaotic systems can be asymptotically synchronized by the proposed simplified control. The simulation results illustrate that the designed simplified control is effective to chaotic synchronization. Finally, an encryption scheme of color image using DNA encoding is proposed based on chaotic synchronization, and the results of statistical analysis are given to show the effectiveness of the proposed scheme in image processing.