四维水资源供需混沌系统的自适应滑模同步

研究了水资源供需混沌系统的自适应滑模同步,根据李雅普诺夫稳定性理论和同步控制相关理论给出了同步控制的研究结论,并用Matlab仿真技术画出了吸引子相图和系统的误差曲线,并用仿真算例给出了系统参数的选取以及初始值的设置,对所得结果进行了数值验证.

基于多项式混沌展开的电力系统概率可用输电能力评估

大规模开发和利用风能有利于实现电力系统清洁低碳转型,是实现国家“碳达峰、碳中和”战略目标的重要技术手段,但风电出力的强不确定性对电力系统区域间可用输电能力(available transfer capability,ATC)评估带来了全新的挑战,传统用于求解计及风电出力不确定性的概率ATC评估模型在计算效率和计算精度方面均存在一定的不足。为此,该文提出一种基于多项式混沌展开(polynomialchaos expansion,PCE)的电力系统概率ATC评估方法,该方法首先构建基于机会约束的电力系统概率ATC评估模型;然后,根据风电出力预测误差的概率分布特征,选择对应的正交多项式为基函数以近似风电出力预测误差及电力网络中与之相关联的其他随机变量;进一步,借助Galerkin投影和基于一阶矩、二阶矩的机会约束转化方法,将所构建的机会约束模型的概率约束转化为确定性约束,实现基于机会约束的概率ATC评估模型向易于求解的确定性优化模型的转化;进而,将概率ATC评估模型的求解问题转化为ATC的最优多项式逼近系数的求解问题,根据求得的最优多项式逼近系数和选取的基函数计算电力系统ATC的概率分布特征;最后,通过修改后的PJM-5节点测试系统、IEEE-118节点测试系统及吉林西部电网实际算例验证了所提基于多项式混沌展开的电力系统概率ATC评估方法的准确性和有效性。

基于混沌控制的采摘机器人防碰撞系统设计

针对采摘机器人在作业过程中遇到障碍物导致路径规划出现混沌现象的问题,基于混沌控制对采摘机器人防碰撞系统进行设计,并采用模糊自适应控制算法和滑模变结构控制算法结构的方式对系统进行控制。为了验证防碰撞系统的有效性,对采摘机器人进行了防碰撞和采摘仿真试验,结果表明:采摘机器人在作业过程中可以避开障碍物,按照规划路线到达预设位置,完成果蔬的采摘。

时滞SMIB混沌系统的同步及其在通信干扰对消中的应用

在实施通信干扰时,为了消除干扰信号对己方通信的影响,研究了干扰信号对消问题。考虑到混沌的类随机性使得混沌信号可以代替高斯噪声作为通信干扰源达到较好的干扰效果,以时滞SMIB混沌系统为干扰源,证明了存在外干扰时,参数失配的两个时滞SMIB混沌系统在线性状态误差反馈控制下达到有误差界的同步的判据,给出了误差界的估计,并进行了仿真验证。结果表明:利用该研究结论,可以在通信接收端对混沌干扰信号进行对消,基本消除混沌干扰对自身的影响。

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。

分数阶Rucklidge不确定混沌系统的自适应滑模同步

研究具有模型不确定及外部扰动条件下,分数阶Rucklidge系统的自适应滑模同步问题,通过设计一个滑模函数,获得分数阶Rucklidge不确定混沌系统自适应滑模同步的两个充分条件,该滑模函数可以平推到整数阶Rucklige混沌系统.用数值仿真算例检验了所得结论.

针对水轮机调节系统隐蔽攻击的混沌跳频扩频防御方案

水轮机调节系统作为水电机组的关键部分,其安全运行至关重要。为提高水轮机调节系统的安全性,设计了一种防御方案,检测并防御系统中潜在的隐蔽攻击。首先通过对系统信号进行混沌跳频调制和解调,消除隐蔽攻击的不良影响;其次,基于理论分析,推导出维持系统稳定的跳频频率约束,保证系统性能不因加入跳频/扩频信号和频率异步现象而受损。仿真结果表明,该方案能够在非高斯噪声环境中持续检测和防御不同类型的高强度隐蔽攻击,且不影响系统正常运行。此外,所提出的防御方案还具有复现隐蔽攻击信号的能力,这有助于操作员了解攻击信息并采取针对性措施。

基于多项式混沌展开的交直流系统全纯嵌入概率潮流计算方法

为快速、准确量化分析风电出力不确定性对交直流电力系统潮流分布的影响,提出一种基于多项式混沌展开(PCE)的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算方法。该方法首先根据风电出力的概率分布特征选择最优正交基函数,构造近似风电出力概率分布特征的PCE表达式;其次,将该PCE表达式引入交直流电力系统的全纯嵌入潮流方程中,构建基于PCE的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算模型;再次,通过Galerkin投影将所构建的全纯嵌入概率潮流计算模型转化为高维确定性全纯嵌入潮流计算模型;然后,借助确定性全纯嵌入潮流模型求解方法,实现对所转化的高维确定性全纯嵌入潮流模型的求解,并根据所得PCE逼近系数计算交直流电力系统潮流的概率分布特征;最后,通过修改的PJM 5节点、IEEE 30节点和IEEE 118节点交直流测试系统算例验证所提方法的准确性和有效性。

基于二维离散混沌系统和DNA的图像加密方案

为丰富低维离散混沌系统的动力学特性以及克服脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)编码的引入使混沌图像加密系统安全性易于降低的问题,基于Arnold映射构建具有恒定正Lyapunov指数的2维离散混沌系统,并将其与DNA编码结合,设计一个混沌图像加密方案.所设计的混沌系统模型中不含非线性项,系统具有超混沌动力学行为;加密方案中用于加密的混沌序列为明文图像像素与密钥的加取模运算结果,图像按4×4大小予以分块,扩散算法中的DNA加减、异或、同或等运算分别基于DNA编码规则1、规则4和规则7.仿真实验和性能分析结果表明:加密方案的密钥空间达到2^(266),信息熵为7.9993 bit,密钥灵敏度达到10^(−15),平均像素变化率(number of pixel change rate,NPCR)、统一平均变化强度(unified average change intensity,UACI)、块平均变化强度(block average change intensity,BACI)分别为99.6092%、33.4664%、26.7718%.

一种基于保守超混沌系统的脆弱水印算法

提出了一种新颖的基于混沌系统的数字图像脆弱水印算法。所提出的方案引入了一个高维保守超混沌系统与数字图像关联生成混沌序列,通过转置卷积重构后得到水印信息,将其嵌入到图像像素的最低有效位(Least Significant Bit,LSB)。相比耗散混沌,保守超混沌系统因其不具有混沌吸引子的性质和超混沌特性,可以在符合人眼视觉的掩蔽性的同时,增强安全性能。实验结果表明,该方法安全可靠,能够在各种攻击下获得较高的篡改检测和定位精度。

一种三维混沌系统的混沌同步研究

混沌同步在保密通信领域有着广阔的应用前景,但要实现混沌保密通信,位于接收端和发送端的两个混沌系统必须达到混沌同步。为此,采用简单的线性反馈控制实现了一个新三维混沌系统的混沌同步控制,并应用Lyapunov稳定性理论,证明了两个混沌系统在线性反馈控制下实现混沌同步的条件。根据这些同步条件,只要给定系统参数值,就能够判断两个混沌系统是否能够达到混沌同步;另一方面,也可以根据这些判据来选取实现混沌同步的系统参数。最后,进行了计算机仿真,验证了所得到的同步条件是有效的。

Jafari-Sprott混沌系统滑模同步两个方案

文章研究了Jafari-Sprott混沌系统的滑模同步问题,以李雅普诺夫稳定性理论和同步控制相关理论为基础,得出了同步控制的研究结论,并给出实现Jafari-Sprott混沌系统同步的两种方案。最后用MATLAB做出数值仿真,画出了吸引子相图和系统的误差曲线,对所得结果进行了数值验证,确定了同步方案的可行性与有效性.

双模三维索引调制差分混沌移位键控系统的设计及性能分析

针对传统差分混沌移位键控系统速率低、误码性能差的问题,提出了一种双模三维索引调制差分混沌移位键控系统。该系统利用时隙、正交码和顺序索引,在选中与未选中的时隙上均传输信息比特。在接收端,通过采用降噪技术,减小了噪声的方差,提升了系统误码性能。推导了在加性白高斯噪声信道和多径瑞利衰落信道下的比特差错率公式。仿真结果显示,与相似的混沌键控系统相比,所提系统具备更高的数据速率和更为优越的误码性能。

基于保守超混沌系统的虹膜特征提取算法

虹膜特征与其他生物特征相比具有独特优势,因其可以为加密算法生成足够长的密钥。虹膜特征提取是虹膜识别过程中的关键问题。针对密钥安全性和计算效率两大问题,提出了一种新颖的基于保守超混沌系统的虹膜特征提取方法,并结合局部二进制模式(Local Binary Pattern,LBP)和高斯函数差分(Difference of Gaussian,DOG)技术。首先,选择五维保守超混沌系统,验证其保守性和超混沌性质;其次,根据375位虹膜特征码和上述系统,产生特征矩阵,并对该矩阵进行图像增强处理;最后,通过提取DOG极值点和LBP特征,并根据提出的特征融合规则生成128位密钥。实验表明,生成的密钥可以通过美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)随机性测试,且对虹膜特征码极其敏感。

一类混沌系统的滑模控制及其在安全通信中应用

混沌序列表现出来的特征与密码学非常相似,非常适合于安全通信中的信号加密。这种加密方案都是基于混沌同步控制的技术。现有的自适应滑模同步控制虽然能达到混沌同步控制的效果,但是造成了系统结构复杂化,同时还存在稳定性差等问题。为了简化系统的结构,同时确保系统的稳定性,基于主从控制技术研究了一类混沌系统的滑模同步控制并在安全通信中开展应用。首先,通过构建Lyapunov函数从理论上证实了系统同步稳定性的条件。其次,根据驱动系统只有一个控制器的结构特点,选择滑模控制设置合适的参数实现了Loren混沌系统的同步控制。再次,结合混沌掩盖技术将该方案应用到安全通信中。最后进行了数值仿真,结果表明系统在2.2 s左右实现了同步,并且混沌加密的信号经过同步信号解密后与原信号完全一致,数值仿真结果验证了方案的正确性。

工业物联网系统基于混沌映射三因素认证与密钥协商协议

工业物联网系统通过各类终端传感器设备,将采集的关键工业数据实时传输到工业物联网平台,提供数据智能分析与决策。然而,对工业数据的非法访问将导致数据或敏感身份标识泄露、数据篡改等信息安全问题,影响工业物联网系统的正常运行。基于此,文章面向工业物联网系统,搭建多用户、多网关、多工业物联网平台下的分布式数据匿名传输架构,提出基于混沌映射的三因素认证与密钥协商协议。协议实现了用户到移动终端设备的智能卡、口令、生物特征信息的三因素登录认证。在网关协助下,用户利用移动终端设备,基于混沌映射技术与关键凭证,实现了用户到工业物联网平台的双向匿名认证,并协商了用于后续保密通信的会话密钥。文章对协议进行了应用拓展,包括用户口令与生物特征信息的更新、智能卡撤销的功能,基于中国剩余定理实现了对多网关的密钥同步更新。安全性分析与性能评估表明,该设计协议能够安全高效地部署在工业物联网系统。

一类含常数项的混沌系统在未知参数下的同步

研究了一个新的含有常数项的混沌系统在参数未知情况下的修正函数投影同步问题。对新的含有常数项的混沌系统从平衡点的稳定性、耗散性、poincare映射、功率谱及初值敏感性5个方面进行了特性分析。基于修正函数投影同步方法,设计了有效的控制输入及参数自适应律,根据Lyapunov函数稳定性定理从理论上证明修正函数投影同步误差系统在原点的渐近稳定性,从而实现了新混沌系统的修正函数投影同步控制。数值模拟仿真证明了同步方法的正确性,该同步方法可以应用于混沌保密通信的研究中。

忆阻超混沌映射的可调控性设计及光纤保密通信系统构建

通过引入平方忆阻函数非线性反馈,构建离散超混沌映射,并实现超混沌序列的全局调幅、局部调幅以及直接偏置调控。混沌映射的可调控性通过离散忆阻的阻值函数和内部变量积分速度来实现。简易的忆阻约束关系同时赋予了直接偏置调控的可能性,通过额外引入常数项参数可实现一维状态变量的直接偏置调控。基于RISC-V单片机CH32V307实现了所提出的可调控超混沌映射,并通过美国国家标准与技术研究院测试证明了超混沌序列的伪随机属性。基于以上超混沌映射构建了正交啁啾复用-非正交多址接入物理层加密方案,实验完成了2 km弱耦合七芯光纤通信的误码率测试,进一步证明了基于离散忆阻构建的超混沌加密正交啁啾复用-非正交多址接入系统可实现数据的可靠传输和解密,有效保护数据安全。

类Chen-Qi混沌系统的固定时间自适应同步控制

类Chen-Qi四维混沌系统的渐近稳定控制的同步误差不能在有限时间内收敛到零,有限时间控制的同步误差收敛到零的状况与初值有关.因此,本文应用固定时间控制技术,设计了自适应控制器和参数估计律,试图使得驱动系统与同类型的参数未知的响应系统在固定时间内达到同步,完成了理论证明.应用数值仿真考察同步误差收敛到零的状况.选取不同参数值,不同状态初值,考察状态时程图、同步误差曲线等.结果表明:混沌运动时,固定时间内同步误差收敛到零的效果较好,与状态初值无关,收敛时间符合理论计算值;周期运动时,固定时间内前三个状态的同步误差收敛到零的效果较好,收敛时间符合理论计算值,但第四个状态的同步误差的收敛时间不符合理论计算值,其原因是系统存在的三次非线性项的不平衡、不匹配.

高速置换索引差分混沌移位键控通信系统

为了提高置换索引差分混沌移位键控系统的数据传输速率和能量效率,提出了高速置换索引差分混沌移位键控通信系统。该系统采用置换矩阵索引多元信息,并携带一个调制位。发射端将参考信号复制P次作为信息承载信号,通过希尔伯特变换,每个信息时隙中多传输N个用户的信息,将信号级联到正交频分复用系统进行正交载波调制,大大提高了系统的数据传输速率;同时推导了该系统在高斯白噪声信道和多径瑞利衰落信道下的误码率表达式。理论分析及仿真结果证明,该系统相比其他置换索引类系统具有高速率、低误码率的良好特性,有更好的应用前景。