Генераторы хаоса

Преддипломная курсовая работа. Защищена на отлично в ВГУ в 2012году. К курсовой работе. есть презентация. ...

Содержание
1. Введение3
2. Генератор Кияшко-Пиковского-Рабиновича 6
3. Схема Чуа 9
4. Генератор с инерционной нелинейностью Анищенко-Астахова 14
5. Кольцевой генератор Дмитриева-Кислова 16
6. Генераторы хаоса на твердотельных активных элементах 19
6.1. Трехточечная схема генератора на биполярном транзисторе 20
6.2. Трехточечная схема генератора на полевом транзисторе 22
7. Заключение 27
8. Список литературы 30

Введение
Актуальность темы. Динамический хаос (ДХ) – сложное непериодическое движение, порождаемое нелинейными системами. Такой тип движения может возникать в отсутствии внешнего шума и полностью определяется свойствами детерминированной динамической системы. В течение последних 40 лет, с момента открытия ДХ интерес к нему в научной среде не ослабевает. На протяжении этого времени это явление активно исследовалось различными научными группами.
В многочисленных теоретических и экспериментальных работах было показано, что явление ДХ может быть широко использовано в различных областях науки и техники, в частности путем создания новых технологий на его основе.
Одним из перспективных направлений использования ДХ является применение его в коммуникационных технологиях. Он обладает рядом свойств , которые могут быть полезны при передаче и обработке информации. Например, использование ДХ дает возможность получения сложных колебаний с помощью простых по структуре устройств, при этом в одном устройстве можно реализовать большое количество различных хаотических мод; управления хаотическими режимами путем малых изменений параметров системы; увеличения скорости модуляции по отношению к модуляции регулярных сигналов за счет чувствительности хаотической системы к внешним возмущениям; повышения уровня конфиденциальности при передаче сообщений. Хаотические сигналы обладают большой информационной емкостью и дают возможность использовать разнообразные методы ввода информационного сигнала в хаотический. Важной особенностью хаотических систем является возможность самосинхронизации передатчика и приемника. Наконец, в системах связи на хаотических сигналах можно реализовать нетрадиционные методы мультиплексирования и демультиплексирования.
Важнейшей частью системы передачи информации на основе динамического хаоса является генератор хаотических колебаний. Для реализации нетрадиционных алгоритмов записи, хранения, обработки и передачи информации, использующих свойства хаотической динамики систем, необходимы генераторы хаоса (ГХ) — устройства, преобразующие энергию, взятую от некоторого внешнего источника, в энергию хаотических колебаний.
Для обеспечения эффективной работы системы связи генератор хаоса должен обладать определенными характеристиками. Например, генерируемый сигнал должен иметь равномерный спектр мощности в нужной полосе частот. Поэтому создание генераторов хаоса с заданными спектральными характеристиками, а также с возможностью управления этими характеристиками является актуальной задачей, определяющей возможность практической реализации коммуникационных систем на основе динамического хаоса.
В последние годы был проведен ряд работ по созданию генераторов ДХ с заданным спектром. В частности, были предложены кольцевые генераторы хаоса, для которых разработана теория формирования спектра хаотического сигнала, а также однотранзисторный полосовой генератор хаоса, для которого продемонстрирована возможность управления полосой хаотического спектра. Однако в кольцевых системах, как правило, используются нелинейные элементы со сложной характеристикой, имеющей падающий участок, а также буферные каскады между элементами цепи. Это увеличивает число элементов в схеме и усложняет саму схему генератора, что затрудняет практическую реализацию таких схем в СВЧ диапазоне. В случае однотранзисторного полосового генератора хаоса нет полной ясности в том, какие механизмы отвечают за формирование спектра.
Для успешной разработки генераторов хаоса с заданным спектром необходимо понять, как происходит формирование спектра мощности сигнала в генераторе, какими параметрами системы определяется форма спектра и какие условия должны выполняться, для того, чтобы сигнал на выходе генератора имел спектр мощности максимально приближенный к желаемой форме.
Представляется целесообразным начать исследования с простейших генераторов – генераторов на основе одного транзистора и минимального числа элементов, при котором в генераторе может возникать хаос (как известно это возможно в генераторе с 1.5 степенями свободы), изучить процесс формирования спектра в таком генераторе, после чего усложнять систему, добавляя в нее новые элементы, чтобы создать условия для формирования более сложных спектров.
Не менее важной задачей при реализации коммуникационной системы является реализация многопользовательского доступа, и, связанная с ней задача разделения суммы хаотических сигналов на отдельные компоненты при передаче их по каналу связи в присутствии внешних помех.
Хотя для современных систем связи разработан ряд методов разделения сигналов, проблема разделения сигналов остается актуальной и есть основания полагать, что использование хаотических сигналов в качестве несущей позволит разработать новые подходы к ее решению.
В связи с актуальностью данной темы возникает потребность в детальном изучении, построении математической модели и практической реализации различных генераторов хаотических сигналов.
К настоящему времени известно достаточно большое число генераторов хаоса, которые отличаются структурой и характеристиками колебаний, имеют как вакуумную, так и твердотельную реализации и способны генерировать хаотические сигналы от самых низких частот до оптического диапазона.
Рассмотрим несколько генераторов хаотических сигналов. Все они характеризуются достаточно простым видом нелинейных функций, входящих в дифференциальные уравнения, описывающие систему. Это делает их доступными для широкого всестороннего анализа.