基于多重耦合映像格子的信号初值恢复研究

利用耦合映像格子恢复信号初值是信号处理研究中一个重要的问题.耦合映像格子具有混沌系统的初值敏感性，当初值受到噪声污染时将会影响到系统对其的恢复.提出了一种由多个一维耦合映像格子系统并列耦合而成的多重耦合映像格子系统，通过将多个一维系统耦合，使因受到噪声干扰而趋向于指数分离的混沌轨道相互靠近，以达到抑制噪声的目的.数值仿真表明，该系统具有较强的抗噪声能力和较高的鲁棒性.在耦合系数选取适当的情况下，即使初始信号受到噪声干扰，该多重耦合系统仍然能够很好地恢复信号初值的统计特性，且对单个初值的恢复情况及与初始信号 关键词： 耦合映像格子 恢复信号的统计特性 多重耦合     

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     

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     

基于符号向量动力学的耦合映像格子初始向量估计

在符号动力学的基础上,探讨了基于符号向量序列的局部耦合映像格子求逆问题,证明了相空间I^N上任意取值通过基于符号向量序列的逆迭代过程必然收敛至初始向量,提出了基于符号向量动力学的初始向量估计算法,从而建立了耦合映像格子符号序列和实际动力系统相空间的对应关系.实验结果表明,根据该算法可以有效建立符号向量序列和耦合映像格子相空间之间的对应关系,更好地刻画了实际模型的物理过程. 关键词： 耦合映像格子 符号动力学 初始向量估计     

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     

基于时滞耦合映像格子的多耦合边耦合网络级联抗毁性研究

现实中各网络之间的耦合促进了网络间的交流,但也带来了级联故障大范围传播的风险.考虑到故障的传播一般存在时滞,并且一个节点可能拥有不止一条耦合边的情况,本文构建了基于时滞耦合映像格子的多耦合边无标度耦合网络级联故障模型.研究表明,对于BA(Barabási-Albert)无标度耦合网络,存在一个阈值hT≈3,当耦合强度小于此阈值时,耦合越强抗毁性越弱;反之,耦合越强抗毁性反而越强.另外,研究发现时滞对耦合网络的影响不仅仅是延长了故障传播的时间,为采取防护措施争取了时间,而且也对最终故障规模产生了影响,具体地,当层内时滞τ1和层间时滞τ2可取任意值时,当两者成整数倍关系时其最终故障规模将更大.本文的研究可为构建高抗毁性的耦合网络或提高耦合网络的级联抗毁性提供参考.     

耦合映像格子中时空混沌的状态反馈控制

利用状态反馈的方法，实现了耦合映像格子中时空混沌的稳定控制.反馈方式可以是没有延迟的，也可以是有延迟的；控制方式可以是连续的，也可以是脉冲的.数值模拟结果证明了状态反馈方法的有效性. 关键词： 耦合映像格子 时空混沌 状态反馈控制     

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     

耦合映象格子中时空混沌的控制

采用相同的相空间压缩方法,有效地控制了均匀及非均匀耦合映象格子中的时空混沌.数值模拟结果表明,在一定的相空间压缩参数区域内,控制时空混沌到均匀稳定状态时,控制结果与控制参数之间存在确定的函数关系.利用这个控制方程,选择不同的相空间压缩参数控制耦合映象格子中的时空混沌,获得了各种所需要的稳定斑图 关键词： 时空混沌 耦合映象格子     

A method of recovering the initial vectors of globally coupled map lattices based on symbolic dynamics

Based on symbolic dynamics, a novel computationally efficient algorithm is proposed to estimate the unknown initial vectors of globally coupled map lattices (CMLs). It is proved that not all inverse chaotic mapping functions are satisfied for contraction mapping. It is found that the values in phase space do not always converge on their initial values with respect to sufficient backward iteration of the symbolic vectors in terms of global convergence or divergence (CD). Both CD property and the coupling strength are directly related to the mapping function of the existing CML. Furthermore, the CD properties of Logistic, Bernoulli, and Tent chaotic mapping functions are investigated and compared. Various simulation results and the performances of the initial vector estimation with different signal-to-noise ratios (SNRs) are also provided to confirm the proposed algorithm. Finally, based on the spatiotemporal chaotic characteristics of the CML, the conditions of estimating the initial vectors using symbolic dynamics are discussed. The presented method provides both theoretical and experimental results for better understanding and characterizing the behaviours of spatiotemporal chaotic systems.     

A method of estimating initial conditions of coupled maplattices based on time-varying symbolic dynamics

A novel computationally efficient algorithm in terms of the time-varying symbolic dynamic method is proposed to estimate the unknown initial conditions of coupled map lattices (CMLs). The presented method combines symbolic dynamics with time-varying control parameters to develop a time-varying scheme for estimating the initial condition of multi-dimensional spatiotemporal chaotic signals. The performances of the presented time-varying estimator in both noiseless and noisy environments are analysed and compared with the common time-invariant estimator. Simulations are carried out and the obtained results show that the proposed method provides an efficient estimation of the initial condition of each lattice in the coupled system. The algorithm cannot yield an asymptotically unbiased estimation due to the effect of the coupling term, but the estimation with the time-varying algorithm is closer to the Cramer--Rao lower bound (CRLB) than that with the time-invariant estimation method, especially at high signal-to-noise ratios (SNRs).     

Analysis of convergence for initial condition estimation of coupled map lattices based on symbolic dynamics

A novel approach to the inverse problem of diffusively coupled map lattices is systematically investigated by utilizing the symbolic vector dynamics.The relationship between the performance of initial condition estimation and the structural feature of dynamical system is proved theoretically.It is found that any point in a spatiotemporal coupled system is not necessary to converge to its initial value with respect to sufficient backward iteration,which is directly relevant to the coupling strength and local mapping function.When the convergence is met,the error bound in estimating the initial condition is proposed in a noiseless environment,which is determined by the dimension of attractors and metric entropy of the system.Simulation results further confirm the theoretic analysis,and prove that the presented method provides the important theory and experimental results for better analysing and characterizing the spatiotemporal complex behaviours in an actual system.     

Experimental system of coupled map lattices

We design an optical feedback loop system consisting of a liquid-crystal spatial light modulator (SLM), a lens, polarizers, a CCD camera, and a computer. The system images every SLM pixel onto one camera pixel. The light intensity on the camera pixel shows a nonlinear relationship with the phase shift applied by the SLM. Every pixel behaves as a nonlinear map, and we can control the interaction of pixels. Therefore, this feedback loop system can be regarded as a spatially extended system. This experimental coupled map has variable dimensions, which can be up to 512 by 512. The system can be used to study high-dimensional problems that computer simulations cannot handle.     

Chimera states in Gaussian coupled map lattices

We study chimera states in one-dimensional and two-dimensional Gaussian coupled map lattices through simulations and experiments. Similar to the case of global coupling oscillators, individual lattices can be regarded as being controlled by a common mean field. A space-dependent order parameter is derived from a self-consistency condition in order to represent the collective state.