[发明专利]一种记忆系统混沌信号产生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号产生器，特别涉及一种记忆系统混沌模型下特殊的非线性系统混沌信号产生器。

背景技术

普通信号源可以产生波形各异的周期信号，已广泛应用于信息工程领域。周期信号的特点是便于调制与解调的同步，但不利于信息加密等特殊领域的要求。混沌信号具有内在随机性、初值敏感性、宽带、遍历性和有界性等特点，能够产生类似白噪声的宽带信号，因此混沌信号在信息加密、保密通信和混沌雷达等领域有着广泛的应用前景。混沌信号源是基于混沌应用的各类信息系统调制解调的重要组成部分，电路实现一个具有记忆效应的非线性系统混沌信号源具有重要的理论意义和应用价值。

自1963年美国麻省理工学院著名气象学家Lorenz提出第一个混沌系统以来，国内外众多学者提出并构造了大量的混沌系统。近十年来，Sprott等人基于穷举法借助计算机仿真技术找到了一类具有Jerk方程形式的低维混沌系统，其系统代数方程简单，非线性项形式多样，具有丰富的动力学特性，且电路易于实现，近期又发现一类具备记忆效应混沌系统，称作记忆系统。记忆系统是内含一个或多个记忆元件的系统。记忆元件是一个非线性元件，例如，电路理论中最新提出的忆阻器、忆容器和忆感器是三个记忆元件；神经网络中突触神经元是一个具有短时记忆功能的单元，即记忆元件；等等。记忆元件最显著的特性是在正弦信号激励下其输入和输出之间的关系曲线呈现一个类紧磁滞回线。

对于最新发现的记忆系统研究较为浅显，且没有具体的电路实现，只停留在理论研究上，为此，需要进一步的探索，掌握更加全面的记忆系统特性。已发现，一般的记忆元件构成的记忆系统，其动力学特性除了与一般无记忆的混沌系统一样依赖于系统参数外，还依赖于记忆元件的内部状态变量的初始条件。

 

发明内容

针对现有技术中信号产生器存在的记忆元件的动力学特性依赖于其内部状态变量初始条件的缺陷，本发明提供一种记忆系统混沌模型下特殊的非线性系统混沌信号产生器，其记忆系统与一般的记忆系统相比，具有对记忆元件内部变量无依赖性的特点，产生主要与原系统参数相关的动力学特性。

本发明的技术方案是：

一种记忆系统混沌信号产生器，包括一个记忆元件电路和一个三阶线性系统电路。

进一步，所述记忆元件电路包括：第一积分电路、设于第一积分电路后级第一乘法器、设于第一积分电路前级第八增益电路；所述三阶线性系统电路的输出端分别与第八增益电路输入端、第一乘法器的输入端相连；第一积分电路的输出反馈到第一乘法器的输入端；第一乘法器的输出端与所述三阶线性系统电路的输入端相连；

进一步，所述三阶线性系统电路包括：由积分电路、设于积分电路前级的加法电路、积分电路后级且位于加法电路前级的增益电路组成的三个单元电路，即，第一单元电路、第二单元电路和第三单元电路，输入端从加法电路引出，积分电路的输出端和增益电路的输入端作为单元电路的输出端；第一单元电路输入端通过第一增益电路与所述记忆元件电路的第一乘法器的输出端相连，第一单元电路的输出端与第二乘法电路的输入端相连；第二单元电路的输入端与第二乘法电路的输出端相连，第二单元电路的输出端与第五增益电路的输入端相连；第三单元电路的输入端与第五增益电路的输出端相连，第三单元电路的输出端分别与第三乘法电路和第七增益电路的输入端相连，第七增益电路的输出端与第三乘法电路的输入端相连；第三单元电路的输出端通过第三增益电路与第二乘法电路的输入端相连，第三乘法电路的输出端与第一单元电路输入端相连。

进一步，第一积分电路、第一单元电路、第二单元电路和第三单元电路的输出端依次输出作为混沌信号产生器的四个状态变量。

本发明的有益效果是：

（1）本发明实现了一类新型的对记忆元件内部变量无依赖性的记忆系统混沌信号产生器。该混沌信号产生器为含有一个记忆元件的常系数微分方程形式的四维自治混沌系统，其数学模型可描述为：

其中，，表示记忆元件的输出信号；x(t)、y(t)、z(t)和w(t)是对应非线性系统方程的四个状态变量，且有^，。理论分析和数值仿真发现，记忆系统混沌信号产生器的动力学行为在记忆系统数学模型中，系统无记忆元件内部变量依赖性，产生主要与原系统参数相关的动力学特性，成为新的一类记忆系统混沌信号源。