專利名稱：基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種專門用途的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器及其使用方法，確切地說，涉及一種利用混沌信號(hào)進(jìn)行數(shù)字及模擬信號(hào)的加密通信的實(shí)驗(yàn)儀器及其使用方法，屬于電子通信科學(xué)教學(xué)或技術(shù)訓(xùn)練用的模型或?qū)嶒?yàn)裝置的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1963年，Lorenz發(fā)現(xiàn)了混沌吸引子，以充分的數(shù)據(jù)論述了這種吸引子對(duì)初始值的敏感性。此后大約經(jīng)過20年左右，由于許多學(xué)科學(xué)者的共同努力，終于建立了一個(gè)幾乎橫跨所有學(xué)科的混沌理論。
以混沌理論為核心之一的非線性科學(xué)被譽(yù)為本世紀(jì)繼相對(duì)論和量子力學(xué)以來的第三次科學(xué)革命。上個(gè)世紀(jì)八十年代以來，電子學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了混沌的應(yīng)用研究浪潮，其中，以蔡氏對(duì)偶電路為代表的混沌電路與系統(tǒng)的研究、混沌同步和控制理論在通信中的應(yīng)用、混沌在擴(kuò)頻通信中的應(yīng)用、混沌信號(hào)處理、分形數(shù)據(jù)壓縮和混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等課題都是各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。
由于混沌信號(hào)具有非周期、連續(xù)寬頻帶、類噪聲和長(zhǎng)期不可預(yù)測(cè)等特點(diǎn)，所以特別適用于保密通信、擴(kuò)頻通信等領(lǐng)域。1990年以來，混沌通信和混沌加密技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)際電子通信領(lǐng)域的一個(gè)熱門課題。在利用同步混沌進(jìn)行加密通信的研究方面，迄今為止已經(jīng)提出和發(fā)展了三大加密技術(shù)混沌掩蓋、混沌調(diào)制和混沌鍵控。其中混沌掩蓋又稱混沌遮掩或混沌隱藏，是較早提出的一種混沌加密通信方式；其基本思想是在發(fā)送端利用混沌信號(hào)作為載體來隱藏信號(hào)或遮掩所要傳送的信息，使得消息信號(hào)難以從混合信號(hào)中提取出來，從而實(shí)現(xiàn)加密通信。在接收端，則利用與發(fā)送端同步的混沌信號(hào)解密，恢復(fù)出發(fā)送端傳送的信息?；煦珂I控方法則屬于混沌數(shù)字通信技術(shù)，是利用所發(fā)送的數(shù)字信號(hào)調(diào)制發(fā)送端混沌系統(tǒng)的參數(shù)，使其在兩個(gè)值中切換，將信息編碼在兩個(gè)混沌吸引子中；接收端則由與發(fā)送端相同的混沌系統(tǒng)構(gòu)成，通過檢測(cè)發(fā)送與接收混沌系統(tǒng)的同步誤差來判斷所發(fā)送的消息。
近些年來，由于混沌加密通信一直是熱門的研究課題，因此，觀察和了解混沌現(xiàn)象的各種實(shí)驗(yàn)儀器在高校中已經(jīng)非常普及。但是，利用混沌信號(hào)進(jìn)行加密通信的實(shí)驗(yàn)及其儀器設(shè)備卻在國(guó)內(nèi)各個(gè)高校的教學(xué)實(shí)驗(yàn)里處于空白狀態(tài)。因此，研制一種利用混沌技術(shù)進(jìn)行加密通信的實(shí)驗(yàn)儀器，以便利用該儀器在高校中開設(shè)混沌加密通信實(shí)驗(yàn)課程就成為許多業(yè)內(nèi)科技、教學(xué)人員關(guān)注的新課題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法，以便將該實(shí)驗(yàn)裝置引入到高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過簡(jiǎn)單方便的操作，使學(xué)生能夠直觀、感性地了解混沌信號(hào)的基本特點(diǎn)和混沌信號(hào)的產(chǎn)生方法，并且利用該裝置產(chǎn)生的混沌信號(hào)分別進(jìn)行數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的加密通信實(shí)驗(yàn)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述裝置的控制電路包括六個(gè)電路模塊加法電路、單向耦合電路、減法電路、濾波電路、發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路、接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路，以及按鈕位于控制面板上的多個(gè)開關(guān)，其中兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)相同，加法電路的兩個(gè)輸入端分別用作模擬信號(hào)輸入端和通過開關(guān)(S1)連接發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端(A)，該發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端(B)則連接至單向耦合電路的輸入端，該單向耦合電路的輸出端經(jīng)由開關(guān)(S3)連接至接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的信號(hào)輸入端(C)，接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端(D)經(jīng)由開關(guān)(S2)連接至減法電路的一輸入端，該減法電路的另一輸入端則通過開關(guān)(S4)連接加法電路的輸出端，所述單向耦合電路的輸出端(E)、(F)分別經(jīng)由開關(guān)(S6)、(S7)連接至減法電路的兩個(gè)輸入端，該減法電路的輸出端接至濾波電路的輸入端，該濾波電路的輸出端是該裝置的總輸出端。
所述裝置的控制電路中，發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路中的電感元件與地之間串接有開關(guān)(S5)，以便能夠?qū)?shù)字信號(hào)加載到該混沌信號(hào)產(chǎn)生電路上。
所述兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路是蔡氏電路一可變電阻與其兩端的兩個(gè)電容組成“∏”型電路，再在該兩個(gè)電容上分別并接一電感和一非線性電阻；其中非線性電阻是由兩個(gè)運(yùn)放及其外圍電阻所組成。
所述單向耦合電路是由運(yùn)算放大器組成的隔離器和可變電位器組成，其中隔離器用于實(shí)現(xiàn)單向耦合，可變電位器用作耦合電阻，以便實(shí)現(xiàn)耦合強(qiáng)度控制。
所述裝置的控制面板上，還設(shè)有電源插座、電源總開關(guān)和所述六個(gè)電路模塊的輸入/輸出信號(hào)的多個(gè)接線端插孔。
所述發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與加法電路之間、接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與減法電路之間以及數(shù)字信號(hào)輸入端與發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路之間都串接有隔離器，該隔離器與單向耦合電路中的隔離器電路結(jié)構(gòu)相同，都是由運(yùn)算放大器組成的。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于包括下列操作步驟(1)觀察混沌信號(hào)將發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的開關(guān)(S5)打到閉合狀態(tài)，而將其余各個(gè)開關(guān)都打到斷開狀態(tài)，然后對(duì)該裝置加電，用電纜分別連接發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端和示波器的輸入端，通過調(diào)節(jié)該混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的可變電阻R或電感L，觀察該混沌信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的各種混沌現(xiàn)象或相圖；(2)觀察混沌信號(hào)的同步現(xiàn)象分別調(diào)節(jié)可變電阻R或電感L，使發(fā)送端和接收端的兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的電路參數(shù)相同或相近并處于混沌工作狀態(tài)，再將單向耦合電路的連接開關(guān)(S3)閉合，并調(diào)節(jié)耦合電阻RC的大小，利用示波器觀察該兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路實(shí)現(xiàn)同步的現(xiàn)象；(3)用混沌掩蓋的加密方法對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行加密通信實(shí)驗(yàn)分別閉合下述三個(gè)連接開關(guān)發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與加法電路輸入端的開關(guān)S1、接收端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與減法電路輸入端的開關(guān)S2、以及加法電路和減法電路之間的開關(guān)S4，再在加法電路的另一個(gè)輸入端輸入模擬信號(hào)，使之在該加法電路中實(shí)現(xiàn)混沌掩蓋后，送入減法電路，以便利用減法電路和同步的混沌信號(hào)恢復(fù)出原來的模擬信號(hào)，再利用示波器觀察經(jīng)濾波電路后輸出的信號(hào)和原來的模擬信號(hào)；(4)用混沌鍵控的加密方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加密通信實(shí)驗(yàn)打開發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路中的開關(guān)S5，并對(duì)其輸入數(shù)字信號(hào)，再分別閉合單向耦合電路輸出端(E)、(F)與減法電路兩個(gè)輸入端之間的兩個(gè)開關(guān)S6、S7，并調(diào)節(jié)耦合電阻RC至600-1200歐姆，使得耦合電阻兩端的信號(hào)作減法，即可在濾波電路后輸出端利用示波器觀察所恢復(fù)的信號(hào)和原來輸入的數(shù)字信號(hào)。
所述方法的操作步驟(3)、(4)之間的時(shí)序是并列的，即觀察混沌掩蓋的模擬信號(hào)的加密通信實(shí)驗(yàn)的操作步驟順序是步驟(1)、(2)、(3)，觀察混沌鍵控的數(shù)字信號(hào)的加密通信實(shí)驗(yàn)的操作步驟順序是(1)、(2)、(4)；其中步驟(1)、(2)既可作為加密通信實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)或前序操作，也可作為獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容。
所述步驟(1)中，用示波器觀察到的發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的混沌現(xiàn)象包括有倍周期分岔、周期窗口、通過倍周期分岔到混沌、單吸引子、雙吸引子、陣發(fā)混沌。
所述步驟(2)中，在調(diào)節(jié)單向耦合電路的耦合電阻RC時(shí)，RC的阻值越小，耦合強(qiáng)度越強(qiáng)，同步效果越好電阻為零時(shí)，同步效果最好；當(dāng)RC的阻值為無窮大時(shí)，則該電阻兩端處于斷開狀態(tài)，沒有耦合，不會(huì)同步。
本發(fā)明是一種利用混沌信號(hào)進(jìn)行數(shù)字及模擬信號(hào)的加密通信的實(shí)驗(yàn)儀器及其使用方法，該教學(xué)儀器裝置的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只使用了很少量的電路模塊制成，成本低廉，容易普及推廣。本發(fā)明用于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中，使學(xué)生對(duì)混沌現(xiàn)象及利用混沌加密通信有一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，使學(xué)生了解科技發(fā)展的前沿，以此推動(dòng)混沌加密通信實(shí)驗(yàn)在高校中的發(fā)展。此外，本發(fā)明裝置提供的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，具體實(shí)施時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可靈活選擇、組合，能滿足不同層次學(xué)生的要求。


圖1是本發(fā)明基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置的電路原理圖。
圖2是本發(fā)明基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置的面板示意圖。
圖3是圖1中的非線性電阻Rn電路結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法操作步驟方框圖。
圖5是本發(fā)明觀察混沌信號(hào)的同步現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容電路連接示意圖。
圖6是用混沌掩蓋對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行加密通信的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容電路連接示意圖。
圖7是用混沌鍵控對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加密通信的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容電路連接示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
參見圖1，本發(fā)明基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置包括六個(gè)電路模塊兩個(gè)電路結(jié)構(gòu)完全相同的發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路1和接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路2(都是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所產(chǎn)生的混沌現(xiàn)象豐富的蔡氏電路)、單向耦合電路3、加法電路4、減法電路5、濾波電路6，以及按鈕位于控制面板上的7個(gè)開關(guān)S1～S7，其中發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路1中電感元件與地之間串接有開關(guān)S5，加法電路的兩個(gè)輸入端分別用作模擬信號(hào)輸入端和通過開關(guān)S1連接發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路1的輸出端(A)，該發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路1的輸出端(B)連接至單向耦合電路3的輸入端，該單向耦合電路3的輸出端經(jīng)由開關(guān)S3連接至接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路2的信號(hào)輸入端(C)，接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路2的輸出端(D)經(jīng)由開關(guān)S2連接至減法電路5的一輸入端，該減法電路5的另一輸入端通過開關(guān)S4連接至加法電路4的輸出端，單向耦合電路3的輸出端(E)、(F)分別經(jīng)由開關(guān)S6、S7并接在減法電路5的兩個(gè)輸入端，該減法電路5的輸出端接至濾波電路6的輸入端，濾波電路6的輸出端是該裝置的總輸出端。
本發(fā)明裝置中的兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路1、2都是蔡氏電路一可變電阻與其兩端的兩個(gè)電容C1、C2組成“∏”型電路，再在該兩個(gè)電容上分別并接一電感L和一非線性電阻Rn；其中非線性電阻Rn是由兩個(gè)運(yùn)放及其外圍6個(gè)電阻所組成(參見圖3)。單向耦合電路3是由運(yùn)算放大器組成的隔離器和可變電位器Rc組成，其中隔離器用于實(shí)現(xiàn)單向耦合，電位器Rc用作耦合電阻，以便實(shí)現(xiàn)耦合強(qiáng)度控制。
參見圖2，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的控制面板上，直觀地繪制了上述電路的各個(gè)相關(guān)元器件，另外，還設(shè)有電源插座、電源總開關(guān)和上述六個(gè)電路模塊的輸入/輸出信號(hào)的多個(gè)接線端插孔(分別用空心小圓圈和帶有斜線的小圓圈表示)。
為了能夠?qū)⒃趯?shí)驗(yàn)過程中由于插拔連接線纜而給各個(gè)電路帶來的不利影響降至最小，本發(fā)明裝置在發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路1的輸出端與加法電路4之間、接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路2的輸出端與減法電路5之間以及數(shù)字信號(hào)輸入端與發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路之間都串接有由運(yùn)算放大器組成的隔離器，該隔離器與單向耦合電路中的隔離器電路結(jié)構(gòu)相同。
參見圖4，介紹本發(fā)明基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法，其操作步驟如下所示(1)觀察混沌信號(hào)將發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的開關(guān)S5打到閉合狀態(tài)，而將其余各個(gè)開關(guān)都打到斷開狀態(tài)，然后對(duì)該裝置加電，用電纜分別連接發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端和示波器的輸入端，通過調(diào)節(jié)該混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的可變電阻R或電感L，可利用示波器觀察該混沌信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的各種混沌現(xiàn)象或相圖(電容C1與電容C2上的電壓信號(hào)，包括倍周期分岔、周期窗口、通過倍周期分岔到混沌、單吸引子、雙吸引子、陣發(fā)混沌等現(xiàn)象)，認(rèn)識(shí)混沌信號(hào)的特點(diǎn)。
(2)利用分別作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路和接收端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路，以及它們之間的單向耦合電路進(jìn)行混沌同步實(shí)驗(yàn)，觀察混沌信號(hào)的同步現(xiàn)象(其實(shí)驗(yàn)電路如圖5所示)分別調(diào)節(jié)可變電阻R或電感L，使發(fā)送端和發(fā)送端的兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的電路參數(shù)基本相同并處于混沌工作狀態(tài)，再將單向耦合電路的連接開關(guān)S3閉合，調(diào)節(jié)耦合電阻RC的大小，利用示波器觀察該兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路實(shí)現(xiàn)同步的現(xiàn)象。調(diào)節(jié)單向耦合電路時(shí)，RC的阻值越小，耦合強(qiáng)度越強(qiáng)，同步效果越好電阻為零時(shí)，同步效果最好；當(dāng)RC的阻值為無窮大時(shí)，則該電阻兩端處于斷開狀態(tài)，沒有耦合，不會(huì)同步。
(3)用混沌掩蓋的加密方法對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行加密通信實(shí)驗(yàn)(其實(shí)驗(yàn)電路如圖6所示)在加法電路的一個(gè)輸入端輸入模擬信號(hào)，再分別閉合下述三個(gè)連接開關(guān)發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與加法電路輸入端的開關(guān)S1(以將混沌信號(hào)輸入到加法電路的另一個(gè)輸入端)，加法電路和減法電路之間的開關(guān)S4(以便將通過加法電路相加后實(shí)現(xiàn)混沌掩蓋后的輸出信號(hào)——被混沌信號(hào)掩蓋了的信號(hào)，輸入到減法電路的一個(gè)輸入端)，接收端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與減法電路輸入端的開關(guān)S2(將同步的混沌信號(hào)輸入到減法電路的另一個(gè)輸入端)，以便利用減法電路和同步的混沌信號(hào)恢復(fù)出原來的模擬消息信號(hào)，再利用示波器觀察經(jīng)濾波電路后輸出的信號(hào)以及原始的模擬信號(hào)；(4)用混沌鍵控的加密方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加密通信實(shí)驗(yàn)(其實(shí)驗(yàn)電路如圖7所示)斷開發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路中的開關(guān)S5，并對(duì)其輸入數(shù)字信號(hào)，再分別閉合單向耦合電路兩端與減法電路兩個(gè)輸入端之間的兩個(gè)開關(guān)S6、S7，并調(diào)節(jié)耦合電阻RC至600～1200歐姆，使得耦合電阻兩端的信號(hào)作減法，即可在濾波電路后輸出端利用示波器觀察所恢復(fù)的信號(hào)以及原來輸入的數(shù)字信號(hào)。
本發(fā)明方法的操作步驟(3)、(4)之間的時(shí)序是并列的，即觀察混沌掩蓋的模擬信號(hào)的加密通信實(shí)驗(yàn)的操作步驟順序是步驟(1)、(2)、(3)，觀察混沌鍵控的數(shù)字信號(hào)的加密通信實(shí)驗(yàn)的操作步驟順序是(1)、(2)、(4)；其中步驟(1)、(2)既可作為兩個(gè)加密通信實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)或前序操作，也可作為獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容。也就是說，本發(fā)明作為一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，可以進(jìn)行四項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容A、利用發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路或者接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路觀察混沌信號(hào)，認(rèn)識(shí)混沌信號(hào)的特點(diǎn)。(只需一個(gè)操作步驟(1))B、利用發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路、單向耦合電路和接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路進(jìn)行混沌同步實(shí)驗(yàn)。(只需兩個(gè)操作步驟(1)+(2))C、用混沌掩蓋的加密方法對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行加密通信實(shí)驗(yàn)。(需要三個(gè)操作步驟(1)+(2)+(3))D、用混沌鍵控的加密方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加密通信實(shí)驗(yàn)。(需要三個(gè)操作步驟(1)+(2)+(4))在上述的兩種信號(hào)加密通信實(shí)驗(yàn)的傳輸過程中，傳輸?shù)南⑿盘?hào)都要求是小信號(hào)，解密后的信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波器處理后再輸出。
本發(fā)明已經(jīng)試制成功實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了多次實(shí)施試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1.一種基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述裝置的控制電路包括六個(gè)電路模塊加法電路、單向耦合電路、減法電路、濾波電路、發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路、接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路，以及按鈕位于控制面板上的多個(gè)開關(guān)，其中兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)相同，加法電路的兩個(gè)輸入端分別用作模擬信號(hào)輸入端和通過開關(guān)(S1)連接發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端(A)，該發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端(B)則連接至單向耦合電路的輸入端，該單向耦合電路的輸出端經(jīng)由開關(guān)(S3)連接至接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的信號(hào)輸入端(C)，接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端(D)經(jīng)由開關(guān)(S2)連接至減法電路的一輸入端，該減法電路的另一輸入端則通過開關(guān)(S4)連接加法電路的輸出端，所述單向耦合電路的輸出端(E)、(F)分別經(jīng)由開關(guān)(S6)、(S7)連接至減法電路的兩個(gè)輸入端，該減法電路的輸出端接至濾波電路的輸入端，該濾波電路的輸出端是該裝置的總輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述裝置的控制電路中，發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路中的電感元件與地之間串接有開關(guān)(S5)，以便能夠?qū)?shù)字信號(hào)加載到該混沌信號(hào)產(chǎn)生電路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路是蔡氏電路一可變電阻與其兩端的兩個(gè)電容組成“∏”型電路，再在該兩個(gè)電容上分別并接一電感和一非線性電阻；其中非線性電阻是由兩個(gè)運(yùn)放及其外圍電阻所組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述單向耦合電路是由運(yùn)算放大器組成的隔離器和可變電位器組成，其中隔離器用于實(shí)現(xiàn)單向耦合，可變電位器用作耦合電阻，以便實(shí)現(xiàn)耦合強(qiáng)度控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述裝置的控制面板上，還設(shè)有電源插座、電源總開關(guān)和所述六個(gè)電路模塊的輸入/輸出信號(hào)的多個(gè)接線端插孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與加法電路之間、接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與減法電路之間以及數(shù)字信號(hào)輸入端與發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路之間都串接有隔離器，該隔離器與單向耦合電路中的隔離器電路結(jié)構(gòu)相同，都是由運(yùn)算放大器組成的。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于包括下列操作步驟(1)觀察混沌信號(hào)將發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的開關(guān)(S5)打到閉合狀態(tài)，而將其余各個(gè)開關(guān)都打到斷開狀態(tài)，然后對(duì)該裝置加電，用電纜分別連接發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端和示波器的輸入端，通過調(diào)節(jié)該混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的可變電阻R或電感L，觀察該混沌信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的各種混沌現(xiàn)象或相圖；(2)觀察混沌信號(hào)的同步現(xiàn)象分別調(diào)節(jié)可變電阻R或電感L，使發(fā)送端和接收端的兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的電路參數(shù)相同或相近并處于混沌工作狀態(tài)，再將單向耦合電路的連接開關(guān)(S3)閉合，并調(diào)節(jié)耦合電阻RC的大小，利用示波器觀察兩個(gè)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路實(shí)現(xiàn)同步的現(xiàn)象；(3)用混沌掩蓋的加密方法對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行加密通信實(shí)驗(yàn)分別閉合下述三個(gè)連接開關(guān)發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與加法電路輸入端的開關(guān)S1、接收端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與減法電路輸入端的開關(guān)S2、以及加法電路和減法電路之間的開關(guān)S4，再在加法電路的另一個(gè)輸入端輸入模擬信號(hào)，使之在該加法電路中實(shí)現(xiàn)混沌掩蓋后，送入減法電路，以便利用減法電路和同步的混沌信號(hào)恢復(fù)出原來的模擬信號(hào)，再利用示波器觀察經(jīng)濾波電路后輸出的信號(hào)以及原來的模擬信號(hào)；(4)用混沌鍵控的加密方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加密通信實(shí)驗(yàn)打開發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路中的開關(guān)S5，并對(duì)其輸入數(shù)字信號(hào)，再分別閉合單向耦合電路輸出端(E)、(F)與減法電路兩個(gè)輸入端之間的兩個(gè)開關(guān)S6、S7，并調(diào)節(jié)耦合電阻RC至600-1200歐姆，使得耦合電阻兩端的信號(hào)作減法，即可利用示波器觀察經(jīng)濾波電路后所恢復(fù)的信號(hào)以及原來輸入的數(shù)字信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于所述方法的操作步驟(3)、(4)之間的時(shí)序是并列的，即觀察混沌掩蓋的模擬信號(hào)的加密通信實(shí)驗(yàn)的操作步驟順序是步驟(1)、(2)、(3)，觀察混沌鍵控的數(shù)字信號(hào)的加密通信實(shí)驗(yàn)的操作步驟順序是(1)、(2)、(4)；其中步驟(1)、(2)既可作為加密通信實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)或前序操作，也可作為獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于所述步驟(1)中，用示波器觀察到的發(fā)送端混沌信號(hào)產(chǎn)生電路的混沌現(xiàn)象包括有倍周期分岔、周期窗口、通過倍周期分岔到混沌、單吸引子、雙吸引子、陣發(fā)混沌。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于所述步驟(2)中，在調(diào)節(jié)單向耦合電路的耦合電阻RC時(shí)，RC的阻值越小，耦合強(qiáng)度越強(qiáng)，同步效果越好電阻為零時(shí)，同步效果最好；當(dāng)RC的阻值為無窮大時(shí)，則該電阻兩端處于斷開狀態(tài)，沒有耦合，不會(huì)同步。
全文摘要
一種基于混沌同步的加密通信實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法，該裝置控制電路由加法電路、單向耦合電路、減法電路、濾波電路、發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路、接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生電路，以及按鈕位于控制面板上的多個(gè)開關(guān)所組成；其使用方法可用于四項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀察混沌信號(hào)，觀察混沌信號(hào)的同步現(xiàn)象，用混沌掩蓋的加密方法對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行加密通信實(shí)驗(yàn)，用混沌鍵控的加密方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加密通信實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，容易推廣；用于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能使學(xué)生直觀、感性地了解混沌信號(hào)的基本特點(diǎn)和產(chǎn)生方法，并可用該裝置產(chǎn)生的混沌信號(hào)分別進(jìn)行數(shù)字/模擬信號(hào)的加密通信實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解科技發(fā)展前沿，以此推動(dòng)混沌加密通信實(shí)驗(yàn)在高校中的發(fā)展。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101030848SQ200710098488
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月18日
發(fā)明者肖井華, 代瓊琳, 王世紅, 程洪艷, 李海紅 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)