Logistic混沌映射与差分进化改进人工蜂群优化水下定位

水下节点定位时通常采用距离估算法,在节点之间利用点到点的距离来估计或基于角度估计来完成节点定位。然而,这种算法存在较大的定位误差。为了提升定位的精确度,引入了人工蜂群(ABC)优化算法,该算法通过将节点定位结果优化问题转化为对节点目标函数的优化问题,有效地提高了水下节点的定位精度。尽管如此,ABC算法在迭代过程中仍存在收敛速度慢、易陷入局部最优的问题。针对这些问题,提出了一种通过Logistic混沌映射与差分进化改进的人工蜂群优化水下定位算法(improved artificial bee colony optimization underwater localization algorithm by Logistic chaos mapping and differential evolution,LDIABC)。首先,在算法种群初始化阶段,引入了Logistic混沌映射,利用该映射函数产生的混沌序列代替随机数生成器,从而使种群在初始化分布时蜜源位置更均匀,并从理论上证明了Logistic混沌序列的互异性,从而避免由于种群分布过于密集导致算法在迭代过程中陷入局部最优;其次,提出了适应度方差这一标准来验证在算法迭代过程中未陷入局部最优,进一步证明其有效性;然后,在引领蜂搜索阶段,基于差分进化的变异策略,提出了权重因子改进引领蜂邻域搜索方式,提高了引领蜂的全局搜索效率,加快了算法的收敛速度。仿真实验表明,LDIABC算法能够有效避免传统ABC算法收敛速度慢和易陷入局部最优的问题。相较于Tent-IABC算法、ELOABC算法、CODEGWO算法以及SAPSO算法,LDIABC算法在收敛速度和节点定位成功率上均有显著提升,并且优化定位精度分别提升了6.36%、13.33%、14.16%和16.88%。这些结果证明LDIABC算法能够有效提升水下节点定位精度,具有良好的优化效果。

混沌密码理论研究与应用新进展

混沌密码研究主要包括混沌序列密码、混沌分组密码和混沌公钥密码。混沌序列密码具有软硬件实现简单、加解密处理速度快、没有或只有有限的错误传播等特点。混沌序列密码的设计方面研究成果极为丰硕,但其安全性分析一般停留在统计性验证分析阶段,而对可证明安全性或其他有条件安全性的证明和分析很少,因此证明混沌序列密码的安全性已成为该领域亟需填补的空白。混沌分组密码的研究颇为成熟,但其整体结构一般受限于Feistel结构、SPN结构、Lai-Massey结构及其变形结构。因此,构建突破传统结构的创新性密码架构成为混沌分组密码亟待解决的关键问题之一。混沌公钥密码的研究相对薄弱,利用混沌系统特有的密码特性和公钥密码系统相结合的混沌公钥密码算法不仅具有理论研究意义,而且具有实际应用价值。混沌系统也被广泛应用于通信传输、语音加密、图像加密和扩频通信等保密通信领域。电、光混沌系统实现简便,其计算复杂性不会随着密钥空间的增大而明显增大,能够为无线通信、物理层链路安全、应用层数据安全等不同场景提供安全保护。

混沌保密通信应用研究的进展

通讯技术被称为世界经济和军事的生命线 ,而通讯中的保密技术则是核心技术之一 .任何这方面的新发现及其高科技的进展都必然引起世界各国的关注和重视 .由于混沌控制和混沌同步在 2 0世纪 90年代取得了突破性进展 ,迄今利用混沌进行秘密通讯成为国际上的一个热点 .现在混沌保密通信大致分为三大类 :第一类是直接利用混沌进行秘密通信 ;第二类是利用同步的混沌进行秘密通信 ;第三类是混沌数字编码的异步通信 .混沌保密通信为国际高新技术的发展提供了一个新的生长点 .目前已经提出了同步混沌通信三大保密技术 :混沌遮掩、混沌调制和混沌开关技术 .现着重综述近几年来混沌同步三大保密技术的主要进展 ,比较可能实现的十几种保密通信方案 ,分析题目的优缺点及其应用研究概况 .最后 ,给出混沌保密通信研究中保密技术的应用展望 .

Logistic映射数字混沌产生器

对用于保密通信系统的连续流混沌产生器的原理及可实现性进行分析．在对Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射的区间特性分析的基础上，首次研究并实现了一种Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射数字混沌产生器．实验结果表明，输出混沌信号与ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射的分析结果一致，这说明了数字混沌产生器的有效性．

广义(2+1)维Hirota-Maccari系统的动力学及混沌行为

采用微分方程定性理论和动力系统分支方法研究广义(2+1)维Hirota-Maccari系统的动力学及混沌行为,获得对应行波系统的分支相图,得到系统的周期波解和孤立波解的精确表达式。通过数值模拟研究不同参数条件下的行波解波形及其性质的变化,对该系统增加一个周期扰动项之后,利用Matlab软件得到扰动系统在一些特殊参数条件下的2D相图、3D相图和庞加莱截面。结果表明:该系统在特定参数条件下的运动是准周期的。

融合全置乱超混沌序列和DNA编码的图像加密

图像加密是保护图像安全的重要方法,现有的图像加密方案安全性不高且加解密效率较低,无法抵御多种类型的攻击。针对上述问题,提出一种基于全置乱超混沌序列和多进制脱氧核糖核酸(DNA)编码的图像加密算法,以提高加密效率同时保证密文图像的安全性。首先,结合灰度图像的内容,使用图像哈希算法和外部密钥生成五维超混沌系统和逻辑映射的初始值;其次,将原始图像转换为四值图像,使用五维超混沌系统和逻辑映射生成的混沌序列对图像进行DNA加密,包括DNA编码、DNA置乱、DNA扩散和DNA解码4个阶段;最后,对图像进行位平面分解,利用五维超混沌系统和逻辑映射生成的随机矩阵分别与高四位平面和低四位平面做异或运算,得到最终的密文图像。实验结果表明,该图像加密算法具有密钥空间大、密钥敏感性强、加密效果良好、加密效率高等优点,能够抵抗统计分析、差分攻击、裁剪攻击、噪声攻击等多种常规攻击方式。

基于改进混沌蚁群算法的大凌河水质模型参数反演优化

为提高大凌河水质模型的预测精度,采用改进的混沌蚁群算法对水质模型进行参数反演优化,对比分析参数优化前后水质模型预测精度。结果表明,相比于参数优化前,水质模型收敛率平均提高15.9%,COD浓度预测误差平均降低10.2%,过程拟合系数平均提高0.24,模型预测精度得到有效提升。研究成果对于河流水质模型预测精度的改善具有参考价值。

基于混沌粒子群算法的燃气表检测序列调度研究

在对燃气表检测过程中,由于检测项间存在约束关系,现有固定的检测顺序无法适应针对不同表具变化的检测需求,因此需要根据不同的检测需求生成最优检测序列。燃气表检测序列调度是典型的带约束的单机调度问题,针对该问题,该文以最小化检测序列完成时间为目标,提出了混沌粒子群算法,即CPSO(chaotic particle swarm optimization)。该方法在粒子群算法的基础上通过混沌映射初始化粒子群,同时自适应调整粒子的惯性权重并引入深度邻域搜索策略以增强算法的全局搜索能力,最后结合燃气表检定中心实际检测时的15组检测实例进行实验。结果表明,CPSO相比PSO、GA和ACO能够搜索出更多的最优检测序列,同时执行效率可满足实时性要求。

基于三维超混沌映射的图像加密及其FPGA实现

随着信息技术的不断发展,确保信息安全已成为重要问题,而图像作为被广泛使用的多媒体工具,时常面临着泄露的风险,针对该问题提出一种基于三维超混沌映射的图像加密算法。该算法首先构造一个离散三维超混沌系统,此系统相较于传统的混沌系统拥有更好的混沌特性,所生成的序列具有更强的随机性。然后在此序列的基础上对图片进行置乱和扩散:在置乱阶段,通过混沌序列对原始图片的像素点进行索引排序,实现像素置乱;在扩散阶段,使用处理后的混沌序列对置乱图像的像素值进行分层异或,实现像素扩散。软件仿真和性能分析表明,该算法具有较高的安全性和较强的抗干扰能力,最后通过FPGA硬件平台完成图像加密。整个算法包括软件仿真和硬件实现两个部分,能够有效提升学生将理论和实践相结合的能力,增强学生对非线性理论的理解。

混沌保密通信的若干问题及混沌加密新方案

针对国际上在混沌的定义、基本特性以及混沌保密通信原理等方面的一些不同理解 ,进行了较深入的讨论 ,并提出了自己的见解 .在此基础上论证了不可预测的混沌信号的产生方法 ,对混沌加密和传统加密系统进行了对比 ,提出了一个混沌加密和传统加密结合的系统方案 .本文提出了发挥混沌系统的不可预测性在混沌加密中的作用和将混沌加密与传统加密方法结合起来的思想 。

混沌数字调制技术研究进展

作为非线性科学的一个重要分支,混沌理论的研究及应用是当前科学界和工程领域的一个前沿课题。混沌信号具有许多特殊的性质,可以满足保密通信、扩频通信和多用户通信的某些特殊要求,因而在通信与信息安全领域具有良好的应用价值。文中以混沌数字调制技术为对象,介绍混沌在通信中的典型应用,分析近年来混沌数字调制技术的研究进展,展望该技术今后的研究方向。

基于全光混沌注入双环电光相位反馈环的混沌保密通信系统研究

针对现有混沌保密光通信系统时延特征隐藏所需反馈增益系数较大这一问题,设计了一种基于全光混沌注入双环电光相位反馈环的混沌保密通信系统。首先,由全光反馈产生光混沌并将其耦合至2个电光相位混沌反馈环中。然后,通过相位调制的方式实现信息与混沌载波的非线性耦合并参与混沌载波的生成。最后,在检测端通过光混沌同步实现信号的解密。借助MATLAB软件仿真分析了系统中混沌信号的复杂度、时延特征隐藏、同步性、鲁棒性和通信性能。仿真结果表明,所设计的混沌保密通信系统在较小的反馈系数时具有较高的复杂度且时延特征得到较好的隐藏。

小参数干扰反馈控制动力系统中混沌运动

根据混沌系统的敏感性、共存性及各态历经性,利用混沌吸引子内的观测信息估计不稳周期轨;当混沌轨靠近该轨时,通过一个小的参数干扰反馈控制算法对系统进行控制,将混沌轨逐步导向周期轨并使之稳定下来.

面向工程全局优化的混沌优化算法研究进展

近年来,基于混沌的初值敏感性、伪随机性、遍历性以及自相似分形等非线性动力学特性所发展的混沌优化方法,是一种有潜力的工程全局优化新工具,已广泛应用于科学与工程技术的各学科领域。根据混沌优化方法的发展历程,以算法基本思想和工程应用研究状况为重点,评述了混沌神经网络优化方法、第一类混合混沌优化算法(基于混沌搜索)、第二类混合混沌优化算法(混沌序列代替随机序列)以及混沌分形优化四种主要混沌优化算法。混沌映射最早被引入神经网络,发展了混沌神经网络优化方法,可解决复杂的组合优化等全局优化问题。遗传算法及粒子群等启发式随机算法虽具全局搜索能力,但易出现早熟并陷入局部最优。然后,出现了混沌搜索的概念,研究者将其嵌入启发式算法建立了第一类混合混沌优化算法,可有效克服原启发式算法早熟收敛的缺点。随后,利用混沌映射产生的混沌序列代替启发式算法中的随机参数形成了第二类混合混沌优化算法。混合混沌优化算法有益于实现快速全局收敛和提高计算精度。最后,利用混沌分形特性,从分形理论出发提出一类新颖的混沌分形优化算法,可搜索到优化问题的所有全局最优解。此外,对混沌优化算法研究的几个发展方向进行了展望,诸如加强混沌优化算法的参数设计、处理大规模优化、多目标优化问题以及使用代理模型等。

混沌学及混沌电子学的发展

将混沌学的发展分成 3个发展阶段 ,即发现混沌现象的初期、产生两个重大突破的中期和混沌学正式建立的近期。最后 ,把涉及电子学的混沌研究统称为混沌电子学 。

含大范围参数四维混沌系统的吸引子共存

为确保图像加密和保密通信中信息安全传输,在YANG和CHENG构造的三维混沌系统基础上增加1维,提出改进的四维混沌系统.使用分岔图和Lyapunov指数谱对该系统进行动力学分析,证明该系统存在大范围参数混沌特性.通过改变系统初值,得到周期与周期、周期与拟周期、混沌与混沌多种吸引子共存.多角度观察相图和Poincare截面图,发现系统参数k能够控制吸引子在相空间中的伸缩,且当k到一定值后吸引子相图会停止缩小.通过对新系统设计偏移升压控制器,表明系统在工程应用中能改变信号极性.对新系统采用NIST测试方法,结果表明新系统具有良好伪随机性.研究结果说明新系统在实际应用中具有较大的潜在价值.

多电平级联H桥逆变器通用型离散模型及分岔与混沌行为特性分析

多电平级联H桥逆变器内部功率器件多、等效开关频率高、开关组合状态繁杂、离散数学模型建立难度大,其分岔、混沌动力学行为难以进行系统性分析。基于虚拟遍历法建立了具有N个单元的多电平级联H桥逆变器通用型离散映射数学模型;引入对交流变量跟踪性能更佳的准比例谐振控制器,并重点分析了比例增益、谐振增益、单元数量N变化以及主电路和控制电路中其他参数变化情况下的分岔、混沌行为特性;对比分析了引入混沌抑制前后系统稳定性变化情况。从方法论角度分别采用根轨迹图和折叠图验证了稳定性分析结果的正确性,并通过PSIM仿真和实验验证了相关结论的正确性和抑制分岔与混沌行为的有效性。

混沌工程学

世界是非线性的 ,线性只是其近似描述 ,混沌的发现表明 :某些确定性非线性系统具有内在的随机行为。事实上 ,以往 2 0年 ,无所不在的混沌现象几乎在每个学科都有所报道 ,如数学、物理学、化学 ,甚至社会科学。但理论研究学者的主要兴趣在于探究混沌的本质。与此同时 ,混沌的实际利用在许多工程领域受到重视 ,如信息工程、系统工程、医药工程、农业工程、电气工程、生物工程、机械工程、土木工程等。混沌工程学是一门新的研究混沌实际利用及其基本理论的非线性工程科学。文章对现代混沌工程学的定义、对象、概念、方法、理论与应用加以总结 ,并介绍其近来的进展及作者的工作。混沌工程学在国民经济与国防建设中研究的热点是 :混沌分析技术 。

基于改进混沌麻雀搜索算法S盒与神经元电路的图像加密技术

鉴于目前的图像加密算法所采用的S盒结构过于简单,易被破解。选用由改进的脉冲耦合尖峰神经元电路得到的混沌映射(MPSNC),并使用该映射对混沌麻雀搜索算法(CSSA)进行优化。随后,结合MPSNC映射和改进后的CSSA,设计新型的混沌S盒。最后,基于MPSNC映射和新型混沌S盒构造一种图像加密算法,为增加S盒的变化,对其进行S8变换。通过迭代混沌映射生成混沌序列,使用混沌序列和S8S盒对图像进行扩散和置乱操作,得到加密后的图像。经实验验证,该加密算法参数丰富,复杂度高,并由于S盒的应用,提高了算法的非线性度,具有良好的性能,适用于图像加密。

符号空间一类极小子转移的混沌性

对符号空间的一类极小子转移进行了讨论,证明该极小子转移是Wiggins混沌和Martelli混沌的。