一种单输入控制器下的忆阻混沌同步电路设计与实现.docx
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2023-02-23
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1. 引言
忆阻器作为除电阻 R、电容 C 和电感 L 之外的第 4 种基本电路元件，自 1971 年蔡少
棠教授提出至今一直是研究的热点
[1]
，而 2008 年文献[2]实现的忆阻器电路更是引起全世界
的广泛关注。忆阻器具有记忆性能力的非线性特点，利用它构造混沌系统可以提高系统的
不可预测性和复杂性
[3-10]
。通过利用混沌同步技术，可进一步实现基于忆阻混沌的保密通
讯
[11-15]
。
目前关于忆阻器的研究大多集中于含忆阻元件的新型混沌电路设计与实现
[16-19]
。文献
[17,18]基于蔡氏混沌系统，引入新型忆阻器构造了性能良好的忆阻混沌系统并实现了相关
电路，证明了忆阻混沌电路的可行性和优越性。针对混沌同步的研究已提出多种混沌同步
方案，如自适应混沌同步、模糊混沌控制等
[20,21]
。但大多数忆阻混沌同步设计仅停留在理
论与仿真上，且结构复杂较难移植于其他混沌系统
[22]
，而忆阻混沌同步的电路设计与实现
相对较少
[23-25]
。文献[23]提出了一种直接耦合的混沌同步方法，结构简单，但难以自适应
调节，同步稳定性不佳。文献[24]提出了一种新型自适应耦合的混沌最优同步控制策略，
实现了某种特定忆阻器混沌同步电路，结构较为复杂。文献[25]基于现场可编程门阵列
(Field Programmable Gate Array, FPGA)提出了一种分数阶忆阻混沌同步电路，但较难移植
于模拟电路当中。总体上，基于忆阻器的混沌同步电路研究与实现相对较少，针对快速响
应的模拟混沌同步控制电路的研究极少。
针对上述问题，本文提出并实现了一种在单输入控制器下基于忆阻器的混沌同步电
路，并将其应用于混沌保密通信。首先，基于混沌同步理论，构建了混沌同步系统与保密
通信模型，并搭建了相关电路。其次，基于最小相位理论和劳斯-赫尔维茨准则，设计了一
种单输入耦合混沌同步控制器，并将其实现于忆阻混沌同步电路当中。最后，设计并完成
了基于忆阻混沌同步的保密通信电路实验。测试结果表明，在单输入控制器下混沌系统能
快速同步并保持稳定；在保密通信实验中可完全掩盖加密信号，还原信号还原度高、波形
受损小。与直接耦合的混沌同步相比，虽提高了成本但保护了混沌驱动系统结构，可实现
快速同步，具有一定抗干扰能力；与自适应耦合的混沌同步相比，结构简单、操作方便，
且可以移植于同类以蔡氏混沌为基础的混沌同步。
2. 混沌同步系统模型及忆阻混沌电路设计
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