基于VHDL的混沌及超混沌系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn).pdf

1、混沌信號是一種非周期的、類隨機并且有界的信號，其非周期性連續(xù)寬帶頻譜具有類似噪聲的特性，使它們具有天然的隱蔽性。此外混沌信號對初始值的高度敏感性，使得混沌信號具有長期不可預測性和抗截獲能力，所以它可以作為保密通訊系統(tǒng)中加密信號。
　　 在國內外的許多文獻中提出了采用模擬器件設計電路進而產(chǎn)生混沌序列信號的方法。由于模擬器件容易受到環(huán)境溫度和濕度以及器件老化的影響，采用現(xiàn)在數(shù)字信號處理技術實現(xiàn)連續(xù)混沌系統(tǒng)可以保證混沌吸引子的穩(wěn)定可靠

2、?，F(xiàn)場可編程邏輯門電路(Field Programmable Gate Array,FPGA)以其豐富的硬件資源和強大的可編程能力能夠滿足實現(xiàn)混沌系統(tǒng)的要求。
　　 由于現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術是針對離散化的數(shù)字系統(tǒng)的，該文中采用數(shù)值分析中的歐拉法(Euler)和經(jīng)典龍格庫塔法(Runge-Kutta)分別對連續(xù)三維混沌系統(tǒng)以及連續(xù)四維超混沌系統(tǒng)進行離散化處理。離散化的混沌系統(tǒng)和超混沌系統(tǒng)再經(jīng)過變量比例變換，從而能夠便于其在FPGA

3、中的實現(xiàn)。三維混沌系統(tǒng)與四維超混沌系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)均采用基于狀態(tài)機模式的超高速集成電路硬件描述語言(Very High Speed Integration Circuit HDL，VHDL)設計，而不是由仿真軟件直接生成VHDL代碼。通過運算獲得的數(shù)字混沌序列輸出到數(shù)模轉換電路模塊轉換為模擬信號，最后在示波器上顯示混沌相平面吸引子圖。
　　 本文的主要創(chuàng)新點總結如下：
　　 (1)提出了一種基于現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(F

4、PGA)的混沌系統(tǒng)的實現(xiàn)。數(shù)字混沌系統(tǒng)可以克服模擬器件的參數(shù)不一致以及容易受到外界干擾的缺點并能夠在一定精度范圍內產(chǎn)生兩個完全相同的混沌系統(tǒng)。
　　 (2)數(shù)字混沌系統(tǒng)的產(chǎn)生是基于有限狀態(tài)機的VHDL語言而不是由其他DSP軟件生成，這種方法可以從根本上解決時序控制問題，更利于混沌同步的實現(xiàn)。
　　 (3)在離散化過程中，采用歐拉法和龍格庫塔法兩種方法。這兩種方法代表兩種不同的精度和復雜度。兩種離散化方法可以根據(jù)硬件資源和