分数阶混沌系统的同步研究及电路实现

在整数阶混沌系统的基础上,构建了一个新的分数阶混沌系统.该混沌系统比已有系统模型动力学特性更复杂、无序且相图不具有对称性.用波特图频域近似法设计实现了该2.7阶混沌系统电路,结果验证了系统的正确性和有效性.采用线性反馈同步方法,用电子电路实现了两个分数阶混沌系统的同步,并设计了分数阶混沌保密通信电路,对传输信号进行加密,结果证明了保密通信电路的有效性,为混沌保密通信研究提供了新的思路.

基于双曲正弦函数的四翼忆阻混沌系统及其FPGA实现

采用双曲正弦函数忆阻器作为正反馈项,设计了一个具有4个翅膀的四维混沌模型。首先利用四阶龙格库塔算法对该系统进行数值求解,对系统的稳定性进行了分析,发现系统只有一个平衡点且为鞍点。对系统进行动力学分析,绘制了随系统参数变化的Lyapunov指数和分岔图,计算了系统的Lyapunov维数,得到了系统随参数变化时运动状态的变化情况,发现系统存在周期和混沌等多种运动形态。最后,利用FPGA设计了一个混沌电路系统,用示波器观察结果,发现与数值结果基本一致,为忆阻混沌系统在通信中的应用奠定了基础。

一种新混沌电路的设计实现及同步控制

提出了一个新的三维自治混沌系统,包含4个参数常量和3个非线性项.通过理论分析和数值计算,研究了该三维混沌系统的基本动力学特性,如Lyapunov指数谱、Poincaré截面及分岔图等.设计了该混沌系统的模拟电路,用Multisim软件进行了仿真.结果表明,该混沌系统与之前的混沌系统并不拓扑等价.与其他混沌系统相比,新系统的各相相图是不对称的,运动特性较复杂、无序.搭建了系统硬件电路,各相相图与理论分析完全一致.通过耦合反馈同步法实现了两个混沌电路系统的同步控制,为新混沌电路理论的应用奠定了基础.

青藏高原夏季风和北半球夏季季节内振荡对中国西南地区雨季旱涝的影响及协同作用

中国西南地区旱涝变化受多种天气系统影响,青藏高原夏季风(Qinghai-Tibetan Plateau summer monsoon,QTPSM)和北半球夏季季节内振荡(boreal summer intraseasonal oscillation,BSISO)等次季节系统的强弱都会导致中国西南地区雨季旱涝变化,但目前这2个系统的协同作用机制尚缺乏系统性研究。因此,本文利用1981—2020年美国国家海洋与大气管理局气候预报中心日降水量和美国国家环境预报中心日再分析资料等,采用青藏高原季风指数(QTPM index,QTPMI)和BSISO指数,分析QTPSM和BSISO对中国西南地区雨季旱涝的影响及协同作用机制。结果表明:(1)QTPSM的强度与中国西南地区雨季降水量呈反相关,活跃阶段的QTPSM(active QTPSM,AQ)抑制西南地区降水,抑制阶段的QTPSM(inactive QTPSM,IAQ)促进西南地区降水。(2)在BSISO第一模态的5、6相位和第二模态的3、4相位期间,中国西南地区雨季极端降水发生概率增大;而在BSISO第一模态的2、3相位和第二模态的6、7相位期间,中国西南地区雨季极端降水发生概率减小。(3)在协同作用中,BSISO第二模态的6、7相位和QTPSM组合对中国西南地区雨季旱涝影响最大,降水正距平分布范围最广;当BSISO相位与AQ组合转为与IAQ组合时,中国西南地区雨季降水正距平大值区由北部转为南部。(4)在AQ组合相位中,中国西南地区雨季对流层中层盛行东南风,低层东西两侧均为“一高一低”的环流配置,促使印度洋、西太平洋水汽输送至西南地区北部,形成水汽辐合区;在IAQ组合相位中,中国西南地区雨季对流层中层盛行偏北风,低层受强气旋环流控制,促使印度洋水汽持续输送至西南地区南部,形成水汽辐合带。

基于电流传输器的四阶蔡氏混沌电路设计及仿真

针对典型蔡氏电路参数变化范围小及普通运放不适用于高频电路的缺点,采用了利用电流传输器设计四阶蔡氏混沌电路的方法。对典型蔡氏电路进行变形,得到一种四阶蔡氏电路.用电流传输器实现了四阶蔡氏电路的非线性电阻和仿真电感,扩大参数调节范围的同时提高了电路的工作频率与稳定性.设计了一个保密通信电路,实现了对信息信号的保密.用PSPICE软件对电路进行仿真,证明了该方法的可行性。

锡林郭勒草原下垫面地气相互作用特征研究

草原是锡林郭勒地区的主体生态系统,观测研究该地区地气相互作用对深入理解该区草原气候和生态效应具有重要意义。利用2016-2020年锡林浩特国家气候观象台的近地层综合观测资料经过异常值剔除和缺失值插补后进行统计分析:1)利用最小二乘法和能量平衡比率法,对比分析了该地区生长季和非生长季能量通量平均日变化特征、能量闭合特征,进而分析讨论了大气稳定状态对近地层能量闭合特征的影响;2)分析了5年平均能量通量逐月日变化特征;3)分析了该地区的CO_(2)通量特征。结果表明:锡林郭勒草原生态系统的能量分配主要以感热通量为主,约占净辐射的36.95%。生长季的能量闭合斜率高于非生长季,全年平均能量闭合斜率为0.69。近地层大气稳定层结出现的频率大于不稳定层结出现的频率,且不稳定大气条件下的能量闭合率更高。通过对碳通量的分析发现,该生态系统总体表现为碳汇,生长季的日总净固碳量为2.44gc·m^(-2)·d^(-1),非生长季为0.57gc·m^(-2)·d^(-1)。

两种耦合模糊控制的局地化方法研究

在集合数据同化过程中,由于远距离的观测与同化状态之间存在着虚假相关,局地化方法受到广泛关注。此外,由于集合数的限制,容易引起欠采样和协方差被低估等现象,使得滤波效果欠佳。因此,提出模糊控制算法,模糊控制算法主要用于判断观测点与状态更新点之间的距离来匹配相应的观测权重,进而调整局地化系数来更新背景误差协方差和观测误差协方差矩阵,从而得到有效的状态估计。基于背景误差协方差局地化方法和观测误差协方差局地化方法,耦合模糊控制,形成了新的算法-模糊控制的背景误差协方差局地化方法和模糊控制的观测误差协方差局地化方法。利用Lorenz-96模型,在小集合数和局地化半径下,得出模糊控制的背景误差协方差局地化方法和模糊控制的观测误差协方差局地化方法有较好的同化性能。通过分析泰勒图谱甄别出新算法与观测点具有高度的相关性以及较小的空间变异性。最后,在不同维数的模糊控制器下,新算法的有效性进一步得到验证。为今后数据同化误差处理方面提供了良好的研究平台。