基于时变耦合映像格子模型的信号初值估计

从耦合映像格子中,恢复系统初始条件是耦合系统求逆问题,也是信号处理研究中的一个关键性问题.本文在符号动力学方法的基础上,对映像系数进行修正,针对耦合单峰Logistic映射,提出一种基于时变映像系数恢复信号初值的新方法.在映像过程无噪或受到高斯白噪声污染时,本文方法都能够较好地恢复信号初值的统计特性,而且具有较小的偏差和均方误差,并与原信号之间具有较强的相关性,从而能够更好和更加合理地刻画实际信号的物理过程,对系统初值做出更优的估计. 关键词： 耦合映像格子 恢复初值的统计特性 时变映像系数     

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.     

从耦合映象格子中粗略恢复初值的统计特性

耦合映象格子用于信号处理研究时，从中恢复出初始条件是一个非常重要的问题.提出一种粗略恢复格点初值的方法，数值实验表明，动力学函数使用Logistic映射时，在映象过程不存在噪声的情况下，恢复的整个格子初始信号平均值等于给定信号分布的真实平均值，而恢复信号的方差小于给定信号的真实方差.将耦合看作是对独立映射的一种变换，对此作了初步解释，同时发现Logistic映射不同参数下的符号序列排序存在一些有趣的规律.对耦合格子映射研究、非线性耦合则量等是非常有启发意义的. 关键词： 耦合映射格子 信号恢复的统计特性     

基于可变参数双向耦合映像系统的时空混沌Hash函数设计

在分析单向与双向耦合映像格子系统的初值与参数敏感性的基础上，提出了一种基于可变参数双向耦合映像系统的时空混沌单向Hash函数构造方案.该方案以耦合映像系统的部分初态作为密钥，在迭代过程中, 通过上一次的迭代值和线性变换后的不同位置的明文消息比特动态确定双向耦合映像系统模型参数，将明文消息多格点并行注入时空混沌轨迹中；取迭代序列中最后一轮迭代结果的适当空间项，线性映射为Hash值要求的128 bit值.由于耦合映像系统的双向扩散机理与混乱作用，迭代过程具有极强的不可逆性及初值与参数敏感性，Hash结果的每位都与明文及密钥有着敏感、复杂的非线性强耦合关系.仿真实验与分析结果表明，该算法达到了Hash函数的各项性能要求，安全性好，执行效率高. 关键词： Hash函数 时空混沌 耦合映像格子     

基于时空混沌系统的单向Hash函数构造

提出了一种基于时空混沌系统的Hash函数构造方法.以线性变换后的消息数作为一组初值来驱动单向耦合映像格子的时空混沌系统，产生时空混沌序列，取其空间最后一组混沌序列的适当项，线性映射为Hash值要求的128bit值.研究结果表明，这种基于时空混沌系统的Hash函数具有很好的单向性、弱碰撞性、初值敏感性，较基于低维混沌映射的Hash函数具有更强的保密性能，且实现简单. 关键词： 时空混沌 Hash函数 单向耦合映像格子     

基于符号动力学的耦合映像格子系统的初值估计

在符号动力学的基础上,深入探讨了基于动力学符号序列的局部耦合映像格子系统求逆问题.在理论上系统地分析耦合映像系统初值估计的性能与耦合系数及映射函数之间的数学关系,证明相空间I^M上的任意取值通过基于符号向量序列的逆迭代过程并不一定收敛至初值,其敛散性与耦合强度和映射函数的选择有直接关系.同时证明了混沌或其拓扑共轭的逆不一定为压缩映射,其总体的敛散性与整个逆迭代过程中的收敛与发散的强度对比有关.理论分析与数值实验结果完全一致,说明本文提出的耦合映像格子系统初值估计问题的分析 关键词： 耦合映像格子 符号动力学 初值估计     

一个全局耦合不连续映像格子中的冻结化随机图案模式

本文研究了一类既不连续又不可逆分段线性映像构成的全局耦合映像格子系统中的一类典型集体动力学行为, 即冻结化随机图案模式. 计算了平均同步序参量和最大李雅普诺夫指数随耦合强度的变化. 结果显示, 当耦合强度超过某个阈值后, 在给定动力学变量的初始下, 系统几乎都能达到完全或部分同步状态, 出现冻结化随机图案. 这些现象表明, 耦合映像格子系统中存在着多个共存的吸引子. 因此, 其冻结化图案的结构和分布敏感地依赖于格点动力学变量初始值的选取. 感兴趣地是, 即使当单映像处于混沌状态时, 格点间的耦合仍能将系统调制到规则的运动状态, 这种特征对于混沌控制具有重要的利用价值. 上述丰富动力学行为的出现是由于单映像中不连续性和不可逆性相互作用的结果.     

基于符号向量动力学的耦合映像格子参数估计

本文,将符号动力学推广到耦合映像格子中,以Logistic映射下耦合映像格子为研究对象,研究控制参数对符号向量序列动力学特性的影响.通过研究耦合映像格子逆函数,给出耦合映像格子的遍历条件.进一步,将给出系统初始向量,禁止字以及控制参数的符号向量序列描述方法,并最终给出基于符号向量动力学的耦合映像格子控制参数估计方法.实验结果表明,根据本文算法可以有效建立符号序列和耦合映像格子控制参数之间的对应关系,能够更好地刻画了实际模型的物理过程. 关键词： 符号向量动力学 耦合映像格子 参数估计 遍历性     

布拉格声光双稳系统时空混沌的单向耦合同步

使用非线性动力学中的一维和二维耦合格子模型研究两个声光双稳系统的时空混沌同步.将驱动系统的输出以适当的比例耦合到响应系统并进行均衡, 能实现两系统的时空混沌同步.利用计算最大条件Lyapunov指数, 给出达到同步所需的最小耦合强度与系统参数的关系. 数值实验表明,在小噪声影响时仍然可以实现两系统的同步, 此法具有一定的抗干扰能力. 关键词： 单向耦合同步 时空混沌 布拉格声光双稳系统     

单向耦合映象格子的时空混沌同步

以耦合映象格子为对象,研究了时空混沌系统的同步问题. 基于Lyapunov稳定性定理,通过恰当地选择驱动函数,实现了两个单向耦合映象格子的完全同步. 仿真模拟验证了这种同步方法的有效性. 讨论了控制参量对同步速率的影响. 仿真模拟还表明,在存在系统偏差并受到噪声影响的情况下,仍然可以实现两系统的同步,这种同步方法具有一定的抗干扰能力. 关键词： 时空混沌 同步 耦合映象格子     

受污染混沌信号的协同滤波降噪

根据混沌吸引子的自相似分形特性,提出了一种利用协同滤波重构受污染混沌信号的降噪算法.所设计的降噪算法通过对相似片段的分组将一维混沌信号的降噪转化为一个二维联合滤波问题;然后,在二维变换域用阈值法衰减噪声;最后,通过反变换获得原始信号的估计.由于分组中的相似片段具有良好的相关性,与直接在一维变换域做阈值降噪相比,分组的二维变换能获得原信号更稀疏的表示,更好地抑制噪声.仿真结果表明,该算法对原始混沌信号的重构精度和信噪比的提升都优于小波阈值、局部曲线拟合等现有的混沌信号降噪方法,对相图的还原质量也更好.     

混沌噪声背景下微弱脉冲信号的检测及恢复

构建了一种在混沌噪声背景下检测并恢复微弱脉冲信号的模型.首先,基于混沌信号的短期可预测性及其对微小扰动的敏感性,对观测信号进行相空间重构、建立局域线性自回归模型进行单步预测,得到预测误差,并利用假设检验方法从预测误差中检测观测信号中是否含有微弱脉冲信号.然后,对微弱脉冲信号建立单点跳跃模型,并融合局域线性自回归模型,构成双局域线性(DLL)模型,以极小化DLL模型的均方预测误差为目标进行优化,采用向后拟合算法估计模型的参数,并最终恢复出混沌噪声背景下的微弱脉冲信号.仿真实验结果表明本文所建的模型能够有效地检测并恢复出混沌噪声背景中的微弱脉冲信号.     

电力系统故障的微弱信号检测方法的研究

为了确保电力系统能够安全稳定的运行,实时检测故障中的微弱信号。通过噪声干扰情况下微弱信号的不同变化进行研究,得到了一种微弱信号的DUFFING混沌检测模型。系统发生故障时会产生相应的微弱信号,运用DUFFING混沌振子法分析不同情况下微弱信号的时域波形和相平面轨迹变化规律,并建立数学检测模型,对其幅值进行混沌检测仿真。结果表明,当r=0.8264V,w=1rad/s时将白噪声和微弱正弦信号同时加入后,此时,混沌状态、大尺度周期状态的相平面运行轨迹依然在进行有规律的运行,可以清晰的观察出需要检测的微弱信号。在强噪声存在于系统中时,该方法明显克服了噪声对信号稳定性的干扰,能精确有效检测微弱信号。系统在应对不同工作环境、仪器设备老化等情况时,提高了检测效率,保证系统的稳定运行。     

Exploiting the natural redundancy of chaotic signals in communication systems

Chaotic signals can be used as carriers of information in communication systems. In this work we describe a simple encoding method that allows one to map any desired bit sequence into a chaotic waveform. The redundancy of the resulting information carrying signal enables us to devise a novel signal reconstruction technique that is able to recover relatively large parts of the chaotic signal starting from just a few samples of it. We show that this technique allows one to increase both the transmission reliability and the transmission rate of a communication system even in the presence of noise.     

A multiple pseudorandom-bit generator based on a spatiotemporal chaotic map

An approach to generate multiple pseudorandom-bit sequences from a single spatiotemporal chaotic system is proposed in this Letter. A coupled map lattice is adopted as a prototype of a spatiotemporal chaotic system. The cryptographic properties of the pseudorandom-bit generator based on the coupled map lattice (CML–MPRBG) are analyzed. It is observed from simulation results that the CML–MPRBG has good cryptographic properties. Basic security analysis of a stream cipher based on the CML–MPRBG is also discussed. The results show that the CML–MPRBG can be a good candidate for constructing a secure cipher.     

A novel image block cryptosystem based ona spatiotemporal chaotic system and a chaotic neural network

In this paper, we propose a novel block cryptographic scheme based on a spatiotemporal chaotic system and a chaotic neural network (CNN). The employed CNN comprises a 4-neuron layer called a chaotic neuron layer (CNL), where the spatiotemporal chaotic system participates in generating its weight matrix and other parameters. The spatiotemporal chaotic system used in our scheme is the typical coupled map lattice (CML), which can be easily implemented in parallel by hardware. A 160-bit-long binary sequence is used to generate the initial conditions of the CML. The decryption process is symmetric relative to the encryption process. Theoretical analysis and experimental results prove that the block cryptosystem is secure and practical, and suitable for image encryption.     

Spread spectrum communication system with chaotic frequency modulation

A new spread spectrum communication system utilizing chaotic frequency modulation of sinusoidal signals is discussed. A single phase lock loop (PLL) system in the receiver is used both to synchronize the local chaotic oscillator and to recover the information signal. We study the dynamics of the synchronization process, stability of the PLL system, and evaluate the bit-error-rate performance of this chaos-based communication system.     

Does synchronization of networks of chaotic maps lead to control?

We consider networks of chaotic maps with different network topologies. In each case, they are coupled in such a way as to generate synchronized chaotic solutions. By using the methods of control of chaos we are controlling a single map into a predetermined trajectory. We analyze the reaction of the network to such a control. Specifically we show that a line of one-dimensional logistic maps that are unidirectionally coupled can be controlled from the first oscillator whereas a ring of diffusively coupled maps cannot be controlled for more than 5 maps. We show that rings with more elements can be controlled if every third map is controlled. The dependence of unidirectionally coupled maps on noise is studied. The noise level leads to a finite synchronization lengths for which maps can be controlled by a single location. A two-dimensional lattice is also studied.     

Frequency sensitivity of sub-excitable systems coupled with different topology

We have investigated numerically the behaviours of identical FitzHugh－Nagumo systems, which are coupled into topologies of regular one-dimensional lattice, small-world network and scale-free network, and driven by white noise and an external signal. We found that when a number of uniform systems are coupled into a network, the system's signal-to-noise ratio remains at a high level in a wider frequency range than in the case of a single oscillator. Different architectures manifest different impact, with the scale-free network being the most remarkable. Results presented here suggest a possible approach to improve the sensitivity of a system to external signals and are helpful for designing communication equipments.