一种模拟混沌通信保密电路的设计方法技术

本发明专利技术属于通信保密领域，公开了一种模拟混沌通信保密电路的设计方法，该方法采取状态反馈法，无需对系统进行拆分，可以灵活的采用单变量或者多变量甚至所有变量进行反馈控制达到同步的目的，而且状态反馈同步控制方法能够有效的消除信号干扰。从而得到既相对简单又具有良好保密性的电路设计方法。搭建实际电路满足仿真预期，产生了混沌信号，并且产生的混沌信号适合应用于话音通信保密；同时可以看出话音信号的加密效果也十分理想。通过实际测量可以发现，解密效果优于基于状态注入法的无线话音混沌通信保密系统。话音混沌通信保密系统。话音混沌通信保密系统。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟混沌通信保密电路的设计方法


[0001]本专利技术涉及通信保密领域，具体是一种模拟混沌通信保密电路的设计方法。

技术介绍

[0002]要实现混沌通信保密，首要的问题就是选择合适混沌系统进行电路搭建。在目前发现的混沌系统中，有很多都可以用来搭建电路，但是既易于实现，同时保密性又好的混沌系统却相对较少。一维混沌系统模型简单，电路实现比较容易，同步也相对简单，但是由于其输出只有一个状态，不利于通信保密系统的保密。所以一般考虑维数相对较高的混沌系统，但是维数的增加意味着电路实现的难度较大，所需电子元件较多，电子元器件增多，线路之间的干扰也增多，而且一旦元器件由于长时间工作出现故障，会给维修带来困难。因此，选用三维混沌系统进行混沌电路的搭建。
[0003]用模拟混沌系统实现通信保密的关键是混沌信号同步，而模拟混沌系统的同步方法主要有状态注入法和状态反馈法。状态注入法虽然可以解密出有用信号，但是解密效果一般；另外，由于传输过程中信号可能出现部分失真，状态注入法抗干扰能力较差。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中缺乏能同时实现保密性和简便性模拟电路的技术问题，本专利技术提供了一种模拟混沌通信保密电路的设计方法，并采取状态反馈法，无需对系统进行拆分，可以灵活的采用单变量或者多变量甚至所有变量进行反馈控制达到同步的目的，而且状态反馈同步控制方法能够有效的消除信号干扰。从而得到既相对简单又具有良好保密性的电路设计方法。基于状态反馈法的混沌系统同步的基本原理如图1所示。
[0005]本专利技术技术方案：
[0006]本专利技术所采用的系统是Lorenz系统，先对Lorenz系统进行数值仿真分析，之后进行Lorenz系统电路仿真分析，最后实际搭建电路，验证方法可行，从而得到一种模拟混沌通信保密电路的设计方法。
[0007](1)Lorenz系统的数值仿真分析
[0008]Lorenz系统的状态方程为：
[0009][0010]当σ＝10,ρ＝28,β＝8/3时，系统(1)处于混沌状态。
[0011]取初值x(0)＝1.2,y(0)＝
‑
1.3,z(0)＝1.6，则所得到的Lorenz系统信号是有界的，并且所产生的信号是近似噪声的随机信号。
[0012]在实际电路的搭建过程中，如果采用传统的Lorenz系统，因为三个状态信号的幅值都比较大，所以很不利于实际的电路实现。例如，对于通用型集成运算放大器，输出电压
大多数都在15v之间。因此需要对传统的Lorenz系统进行了坐标变换，取x
′
＝x/10,y
′
＝y/10,z
′
＝z/10，得到了式(2)所示的状态方程模型：
[0013][0014]对改进后的Lorenz系统进行数值仿真，则可以发现此时Lorenz系统的x状态信号，y状态信号，z状态信号就都处于模拟电子元器件的输出范围之内，这样就可以使Lorenz系统更加适合应用于电路实现。
[0015](2)Lorenz系统的电路仿真分析
[0016]近些年来，随着半导体技术的迅猛发展，集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。因此本专利技术在搭建具体混沌电路中考虑采用集成电路。
[0017]根据改进后的Lorenz系统的状态方程，采用模拟软件搭建电路，使得搭建电路中的各电压之间的关系满足式(2)，得到了如图7所示的仿真电路：
[0018]在图2设计的仿真图中，使用了集成双运算放大器TL082CP，其输出电压可以达到15v，刚好处于改进之后Lorenz混沌信号的范围之内；考虑到实际电路中电阻、电容可能存在着误差，在模拟软件中设定电阻的误差为0.1％，电容的误差为1％。
[0019]根据基本的电路原理，得到该电路的状态方程为：
[0020][0021]令C1＝C2＝C3＝1μF,R1＝R5＝R7＝R8＝R
11
＝10KΩ,R9＝35.7KΩ，R3＝R6＝100KΩ,R
10
＝1MΩ,R
12
＝375KΩ,得到：
[0022][0023]此时该电路就满足了改进Lorenz系统的状态方程模型。同时考虑到便于示波器观察和与话音信号的功率频谱相接近等实际电路的搭建要求，则必须提高系统的响应速度。那么对系统进行时间变换就可以满足以上三个目标，取t
′
＝1000t，得到了式(3)所示的状态方程：
[0024][0025]将C1,C2,C3同时改为1nF，则仿真电路的状态方程则变为式(4)所示的状态方程：
[0026][0027]通过示波器，观察到系统的x状态，y状态，z状态的波形图则可以得到系统的x状态，y状态，z状态输出的波形均是有界的，并且是杂乱无章，类似随机的信号，并且得到的信号与仿真所得到的信号类似，说明搭建的电路产生了混沌信号，并且搭建的模拟电路产生了与理论仿真相同的混沌吸引子，完成了对混沌电路的搭建。
[0028]本专利技术的有益效果：搭建实际电路满足仿真预期，产生了混沌信号，并且产生的混沌信号适合应用于话音通信保密；同时可以看出话音信号的加密效果也十分理想。通过实际测量可以发现，解密效果优于基于状态注入法的无线话音混沌通信保密系统。
附图说明
[0029]图1为状态反馈原理图。
[0030]图2为Lorenz混沌电路原理图。
[0031]图3为单变量反馈无线话音同步通信保密原理示意图。
[0032]图4为驱动系统与响应系统的x、y、z状态的同步误差曲线。
[0033]图5为待加密信号s(t)和解密信号s波形图。
[0034]图6为单变量反馈控制器电路仿真图。
[0035]图7为无线话音混沌通信保密仿真系统图。
[0036]图8为发送端信号与接收端信号。
[0037]图9为模拟混沌通信保密机电路原理框图。
[0038]图10为单变量反馈控制器电路仿真图。
[0039]图11为无线话音混沌通信保密仿真系统图。
[0040]图12为发送端信号与接收端信号。
[0041]图13为驱动系统与响应系统x状态波形图。
[0042]图14为驱动系统与响应系统y状态波形图。
[0043]图15为待加密方波信号与解密出信号波形图。
[0044]图16为待加密话音信号与解密出话音信号。
[0045]图17为未解密的话音信号。
具体实施方式
[0046]对于混沌加解密系统而言，能成功的将加密信号解密的关键就是混沌系统必须有良好的同步性。现在对混沌系统的同步性进行分析。
[0047]对于改进后的Lorenz系统，驱动系统的状态方程为：
[0048][0049]响应系统的状态方程为：
[0050][0051]则设计控制器形式如下：
[0052][005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟混沌通信保密电路的设计方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1，确定Lorenz系统的状态方程模型：步骤2，搭建Lorenz系统的仿真电路，该电路的状态方程为：令C1＝C2＝C3＝1μF,R1＝R5＝R7＝R8＝R
11
＝10KΩ,R9＝35.7KΩ，R3＝R6＝100KΩ,R
10
＝1MΩ,R
12
＝375KΩ,得到：步骤3，对系统进行时间变换，取t
′
...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁立超，潘伟，夏宇，邵秀，朱文亮，刘思力，谢辉祥，徐绍麟，韩宇，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院，
类型：发明
国别省市：