一种时延范德波尔电磁系统中的复杂行为(Ⅱ)——时空混沌图案动态

对于一个由线性无损传输线加非线性边界条件组成的简单无穷维电磁系统，应用行波理论确定了电压反射波的局部映射关系.数值仿真结果表明，当系统参数发生变化时，传输线沿线电压存在着非常丰富的时空非线性现象.通过描绘出空间振幅变化图和时空行为发展图，定性分析了传输线沿线电压的时空混沌图案动态，为研究和理解时空混沌提供了一种良好的可求解模型. 关键词： 图案 时空混沌 无穷维系统 时延范德波尔电磁系统     

约瑟夫森结无穷维电磁系统中的时空行为分析

针对一类含无损传输线的约瑟夫森结无穷维电磁系统,运用行波理论推导了电压正向行波分量的Poincaré映射关系,并在此基础上建立了传输线沿线电压的离散映射模型。通过数值计算描绘了传输线沿线电压的空间振幅变化图和时空行为发展图,分析了系统的时空行为随参数变化的动态演化过程。结果表明在一定参数条件下,约瑟夫森结无穷维电磁系统中存在着周期和时空混沌等丰富的非线性动力学行为。     

非线性传输线产生射频脉冲原理研究

介绍了非线性传输线的工作原理和色散特性,给出了用于模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的计算方法。算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中NiZn铁氧体磁芯的非线性磁化行为,并模拟了非线性传输线的工作方式。实验获得了中心频率165MHz的宽带脉冲输出,初步验证了用于产生宽带电磁脉冲的非线性传输线关键技术。     

大尺度环流与中尺度对流的作用研究

气候系统是一个复杂的、开放的非线性系统，具有层次结构. 高层次系统控制着低层次系统的行为，并决定了气候变化的基本形态. 一般地，观测资料或器测资料往往直接记录的是低层次系统的输出结果，它包含了各层次相互作用的信息. 如何从观测资料中提取与分离高层次系统的尺度信息已成为观测资料的非线性时空分布理论和方法的研究热点之一. 目前对气候系统的具体的形式还没有统一的定论. 为了分析问题的方便，引用了一个由Logistic模型与Lorenz模型构建的两层系统模型，在不同的控制参数下，分别应用功率谱分析和小波变换对低层次系统的输出结果进行了分析，进而提取与分离高层次系统的尺度变化信息.     

非线性平板光波导中TM波的网络分析

用横向等效网络方法分析了非线性平板波导中TM的色散关系和场分布.这种方法基于传输线理论,把非线性介质波导中复杂的电磁场问题等效于电路网络问题,用横向谐振技术得到色散方程.用数值方法计算了不同非线性机制下三层平板非线性波导中的TM波传输特性.     

非线性传输线数值模拟方法

给出了模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的数值模拟方法,算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中铁氧体磁芯的非线性磁化行为。根据节点电路方程推导了非线性传输线色散关系,设计了输出频率为300 MHz的交叉耦合磁饱和非线性传输线,利用本数值模拟方法对交叉耦合磁饱和非线性传输线的物理过程进行了分析,在充电电压达到30kV时获得了频率303MHz、峰峰值不小于40kV的高压射频脉冲输出。     

级联功率因数校正变换器的级间耦合非线性动力学行为分析

级联功率因数校正(PFC)变换器是一个由PFC变换器和直流-直流(DC-DC)变换器级联而成的非线性系统.建立了级联PFC变换器的非线性模型,据此对系统的级间耦合非线性动力学行为进行了数值仿真,并进行了实验验证和分析.结果表明:PFC级输出电容减小会使系统出现分岔,引起DC-DC级输出电压的变化;DC-DC级负载电阻变化会改变PFC级的非线性动力学行为;当DC-DC级出现占空比饱和时,PFC级与DC-DC级之间会出现复杂的相互耦合影响过程.     

高温超导薄膜微波非线性器件设计初探

本文讨论高温超导薄膜微波非线性器件的若干问题,包括材料建模,元件建模,器件参数建模,最后通过这些参数完成高温超导薄膜微波非线性器件综合等.试图通过非线性测试提取高温超导薄膜微波材料非线性模型,根据材料非线性模型建立非线性传输线模型,由非线性传输线模型建立各种微波无源元件模型,最后实现非线微波器件综合设计.     

行波管放大器的非线性混沌特性

以一组非线性方程为基础,从混沌动力学角度,通过计算电子的相空间轨道和辐射场的时空分布图谱,简要分析了行波管放大器的时空混沌特性,计算了行波管输出功率的演化。计算结果表明:行波管放大器辐射场与电子束是一个非线性相互作用的耗散系统,其参数影响整个系统的行为演化,当电流和失谐量等参数变化并超过一定阈值时,系统出现时空混沌特性,输出具有连续的宽频谱性。     

非线性腔中横模的时空不稳定

通过数值模拟研究了非线性腔的横向效应，非线性表现在光场通过放大介质时所引起的相位变化与强度有关，模拟结果显示，随着非线性系数的变化，腔中的光场分布表现丰富的时空不稳定行为，其中包括横模跳变，时空周期行为以及光学涡旋的出现。     

基于周期性扩频的单相H桥逆变器非线性现象的研究

将周期性扩频技术用于变换器中来抑制其电磁干扰和噪声已经得到了论证并被广泛的应用, 但却忽略了其中的非线性现象. 在分析了周期性扩频技术和单相SPWM-H桥正弦逆变器的精确频闪映射模型的基础上, 研究了采用周期性扩频技术的单相H桥正弦逆变器的分岔和混沌现象, 建立了H桥正弦逆变器扩频后的离散模型, 通过时域图、折叠图、分岔图及李雅亚普诺夫指数谱对其非线性现象进行了分析. 研究表明, 扩频后的H桥正弦逆变器在进入非线性区域后更容易进入混沌区, 并且周期扩频的频率会对系统产生初始分岔点的位置产生影响. 关键词： H桥逆变器 周期性扩频 分岔 混沌     

Synchronization of spatiotemporal chaotic systems and application to secure communication of digital image

Coupled map lattices (CMLs) are taken as examples to study the synchronization of spatiotemporal chaotic systems.In this paper,we use the nonlinear coupled method to implement the synchronization of two coupled map lattices.Through the appropriate separation of the linear term from the nonlinear term of the spatiotemporal chaotic system,we set the nonlinear term as the coupling function and then we can achieve the synchronization of two coupled map lattices.After that,we implement the secure communication of digital image using this synchronization method.Then,the discrete characteristics of the nonlinear coupling spatiotemporal chaos are applied to the discrete pixel of the digital image.After the synchronization of both the communication parties,the receiver can decrypt the original image.Numerical simulations show the effectiveness and the feasibility of the proposed program.     

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     

Regular and Chaotic Spatiotemporal Patterns in a Model of Slime Mold Aggregation

In this paper we proposed a spatial modulated two-variable Martiel-Goldbeter model to describe the complex spatiotemporal disorder dynamical behavior during development of Dictyostelium discoideum strain FR17. As the nonlinear modulated parameter A and diffusion coefficient E varied, the system shows: 1) multiperiodic phase, 2) co-existence phase of chaotic and multi-periodic state, 3) spatiotemporal chaotic phase, 4) co-existence phase of chaotic, multi-periodic and steady state, and 5) co-existence phase of chaotic and steady state. These phases can be described by spatiotemporal power spectra, pattern distribution function and Lyapunov spectra. We believed that the complex spatiotemporal disorder dynamical behavior during development of Dictyosteliurn discoideum strain FR17 is a spatiotemporal chaotic state.     

Quantifying the complexity of excised larynx vibrations from high-speed imaging using spatiotemporal and nonlinear dynamic analyses

In this paper, we investigate the biomechanical applications of spatiotemporal analysis and nonlinear dynamic analysis to quantitatively describe regular and irregular vibrations of twelve excised larynges from high-speed image recordings. Regular vibrations show simple spatial symmetry, temporal periodicity, and discrete frequency spectra, while irregular vibrations show complex spatiotemporal plots, aperiodic time series, and broadband spectra. Furthermore, the global entropy and correlation length from spatiotemporal analysis and the correlation dimension from nonlinear dynamic analysis reveal a statistical difference between regular and irregular vibrations. In comparison with regular vibrations, the global entropy and correlation dimension of irregular vibrations are statistically higher, while the correlation length is significantly lower. These findings show that spatiotemporal analysis and nonlinear dynamic analysis are capable of describing the complex dynamics of vocal fold vibrations from high-speed imaging and may potentially be helpful for understanding disordered behaviors in biomedical laryngeal systems.     

二维正弦离散映射的分岔和吸引子

由一个正弦映射和一个三次方映射通过非线性耦合,构成一个新的二维正弦离散映射. 基于此二维正弦离散映射得到系统的不动点以及相应的特征值,分析了系统的稳定性,研究了系统的复杂非线性动力学行为及其吸引子的演变过程. 研究结果表明：此二维正弦离散映射中存在复杂的对称性破缺分岔、Hopf分岔、倍周期分岔和周期振荡快慢效应等非线性物理现象. 进一步根据控制变量变化时系统的分岔图、Lyapunov指数图和相轨迹图分析了系统的分岔模式共存、快慢周期振荡及其吸引子的演变过程,通过数值仿真验证了理论分析的正确性. 关键词： 正弦离散映射 对称性破缺分岔 Hopf分岔 吸引子     

非线性耦合时空混沌系统的反同步研究

利用非线性耦合方法研究了离散型时空混沌系统的反同步问题.对时空混沌系统的线性项和非线性项进行适当的分离,利用系统本身的非线性项作为耦合函数,实现了两个二维耦合映象格子的反同步.进一步将这种非线性耦合方法推广应用到由二维耦合映象格子构成复杂网络的反同步研究中,仿真模拟发现仍具有理想的反同步效果. 关键词： 反同步 非线性耦合 耦合映象格子 复杂网络     

Coupled maps with local and global interactions

A coupled map lattice model with both local and global couplings is studied as a simple example of hierarchical pattern dynamics with different length scales of interactions. Several phases are classified according to domain structures, degree of chaotic dynamics, distribution function, and power spectra. In particular, a cascade process of formation and collapse of bubbles is found in some parameter regime. The state is characterized by spatiotemporal power-law correlation and few positive Lyapunov exponents. In a two-dimensional case, the state leads to a characteristic spatiotemporal pattern that may be regarded as a dynamic extension of a Turing pattern. The possible relevance to natural patterns is also discussed. (c) 2000 American Institute of Physics.