一種混沌電路檢測儀及其檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種混沌電路檢測儀，包括：分析控制單元，根據參數數據，輸出控制信號和初值數據，以及根據采樣數據進行計算分析，并輸出結果數據；參數輸入單元，根據外界輸入的指令輸出參數數據；初值設置單元，根據所述初值數據和控制信號，設置混沌電路中電容和電感的初值；信號采樣單元，根據控制信號，對混沌電路所產生的信號進行采集，并輸出采樣數據；結果輸出單元，根據結果數據和控制信號，將得到的結果輸出。本發明是一種混沌電路檢測儀，對混沌電路的檢測比較全面，操作簡單。
【專利說明】一種混沌電路檢測儀及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及混沌檢測技術，具體涉及一種混沌電路檢測儀及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]自從20世紀70年代混沌學作為獨立學科以來，眾多學者對混沌系統做了大量研究，有些研究成果已經開始應用于保密通信、數模轉換、保健裝置等眾多領域。但是目前，在教學研究上，對混沌電路還缺乏專業的綜合性實驗裝置，在工程上，還缺乏可靠的混沌信號檢測裝置。
[0003]在混沌電路的實際應用當中，主要是利用混沌電路產生混沌信號，因此判定混沌電路產生的信號為混沌的就顯得尤為重要。龐加萊映射保持了非線性動力學系統的拓撲性質，通過龐加萊映射來判斷復雜混沌電路系統的混沌特性是非常直觀和有效的。混沌運動是有界的非周期運動，可以看成無窮多個不同頻率的周期運動的疊加，此外，混沌運動還具有內在的隨機性特征，因此可以通過觀測功率譜相對強度的分布去確定混沌信號的運動特征。對混沌電路控制的基礎是混沌系統對初值的敏感性，然而混沌電路難免會受到外界微小的擾動，但即使是對混沌電路的初值極小的擾動，就可能會對其產生的信號造成很大的影響，因此，在實際應用混沌電路的時候，就需要知道混沌電路產生混沌信號的魯棒性，通過觀察混沌電路中混沌吸引子的吸引區域，便可以對上述的魯棒性有一個直觀的了解。
[0004]申請公布號為CN102323464A的中國發明專利申請公開專利提供了一種三維空間任意龐加萊截平面的示波器顯示電路，該電路只是能夠顯示龐加萊映射的電路，不足之處：I、混沌電路除了三維混沌電路之外，還存在大量的四維混沌電路，它們有著更加豐富的動力學特性，但是此發明卻不能顯示它們的龐加萊映射；2、混沌電路的混沌特性是非常復雜的，僅僅依靠觀察龐加萊映射來進行分析，顯然是不夠充分的；3、顯示截平面上的龐加萊映射，還需借助示波器，不夠方便。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明的目的是提供了一種能夠輸入自定義參數、改變混沌電路中電容初始電壓和電感初始電流、采集混沌電路所產生的信號、計算分析所采集的信號，以及輸出計算分析結果的混沌電路檢測儀。利用基于所述混沌電路檢測儀的不同檢測方法，所述混沌電路檢測儀能夠輸出混沌電路所產生信號的混沌性判定結果、功率譜、龐加萊映射或者混沌電路吸引子的吸引區域。
[0006]本發明的目的之一是通過這樣的技術方案實現的，一種混沌電路檢測儀，包括：
[0007]參數輸入單元，根據外界輸入的自定義參數輸出參數數據；
[0008]分析控制單元，根據接收到的參數數據，輸出控制信號和初值數據，以及根據接收到的采樣數據進行分析，并輸出結果數據；
[0009]信號采樣單元，根據接收到的控制信號，對混沌電路所產生的電壓信號或電流信號進行采集，并轉換成數字信號，輸出所述采樣數據；[0010]結果輸出單元，根據接收到的所述結果數據和控制信號，將得到的結果顯示出來或者輸出到其他設備。
[0011]進一步，所述信號采集單元包括電壓信號采集單元和電流信號采集單元；待測混沌電路的每個電容各由I個所述電壓信號采集單元采集電壓信號，每個電感各由I個所述電流信號采集單元采集電流信號；所述電壓信號采集單元包括采樣保持電路和A/D轉換器，所述采樣保持電路對電容的電壓信號進行采樣保持，所述A/D轉換器將采樣得到的電壓信號轉換為數字信號，并傳輸到分析控制單元；所述電流信號采集單元包括霍爾電流傳感器、采樣保持電路和A/D轉換器，所述霍爾電流傳感器將電感所在支路的電流信號轉換為電壓信號，所述采樣保持電路對此電壓信號進行采樣保持，所述A/D轉換器將采樣得到的電壓信號轉換為數字信號，并傳輸到所述分析控制單元。
[0012]進一步，所述檢測儀還包括初值設置單元，所述初值設置單元根據接收到的所述初值數據和控制信號，將所述初值數據轉換成模擬信號之后，設置成混沌電路中電容的初始電壓或電感的初始電流。
[0013]進一步，所述初值設置單元包括數控電壓源和開關陣列；待測混沌電路的每個電容和電感，各由I個所述數控電壓源賦值；所述數控電壓源的輸出電壓值由所述分析控制單元調整；所述開關陣列在所述分析控制單元的控制下，使所述待測混沌電路中所有電容、電感從所述待測混沌電路中斷開，在完成賦值設置之后，接回所述待測混沌電路，而不影響所述待測混沌電路本身的結構，并且電容、電感在接回到所述待測混沌電路時，其狀態的衰減程度趨近于O。
[0014]進一步，所述分析控制單元為微控制器；
[0015]進一步，所述參數輸入單元為矩陣鍵盤。
[0016]進一步，所述結果輸出單元包括顯示模塊和USB接口，所述顯示模塊用于顯示所述分析控制單元的計算分析結果，所述USB接口用于將所述分析控制單元接收到的數據傳輸到其他設備。
[0017]本發明的目的之二是提供一種混沌電路檢測儀的檢測方法，是通過以下技術方案實現的，一種混沌電路的檢測儀進行檢測的方法，包括以步驟：
[0018]步驟I.參數輸入單元輸入龐加萊映射方程；
[0019]步驟2.分析控制單元根據接收到的參數數據，輸出控制信號；
[0020]步驟3.信號采樣單元根據控制信號，通過信號采集單元對待測混沌電路中所有電容兩端的電壓值和電感所在支路的電流值，在同一時刻按照相同的頻率進行采樣，并轉換為數字信號，即為所述采樣數據，將采樣數據傳輸到分析控制單元；
[0021]步驟4.分析控制單元將接收到的采樣數據進行分析，并輸出結果數據；
[0022]步驟5.最后結果輸出單元接收到的結果數據，或者向其他設備輸出所述結果數據。
[0023]進一步，所述分析控制單元根據基于多變量時間序列的最大李雅普諾夫特征指數計算方法，計算該信號的最大李雅普諾夫特征指數。若計算所得的最大李雅普諾夫特征指數大于0，則判定結果為該信號為混沌的，反之則不是混沌的，根據所述判定結果，所述分析控制單元對結果輸出單元輸出結果數據；
[0024]所述分析控制單元采用離散傅氏變換，計算所述待測混沌電路產生信號的各個頻率相對強度，形成功率譜，即為所述結果數據；
[0025]所述分析控制單元采樣數據進行分析，按照設定的龐加萊映射方程，選取相應的數據，建立坐標系，所述分析控制單元輸出結果數據。
[0026]一種混沌電路的檢測儀進行檢測的方法，包括以步驟：
[0027]步驟I.利用參數輸入單元輸入自定義參數輸出參數數據，輸入的自定義參數包括，待測混沌電路中所有電容的初始電壓和所有電感的初始電流的變化范圍，以及每次變化的步長；
[0028]步驟2.分析控制單元接收參數數據，輸出控制信號和初值數據到初值設置單元中；
[0029]步驟3.初值設置單元根據接收到的控制信號和初值數據，在設置的變化范圍內，按照設置的步長，連續改變待測混沌電路中電容的初始電壓和電感的初始電流；所述初值設置單元每次設置的所有電容的初始電壓和所有電感的初始電流列為一組，將所測混沌電路依次從每組初始值開始振蕩；
[0030]步驟4.信號采集單元對所述待測混沌電路中所有電容兩端的電壓值和電感所在支路的電流值，在同一時刻按照相同的頻率進行采樣，并轉換為數字信號，即為所述采樣數據，將所述采樣數據傳輸到所述分析控制單元；
[0031]步驟5.分析控制單元將所述采樣數據，根據基于多變量時間序列的最大李雅普諾夫特征指數計算方法，計算該信號的最大李雅普諾夫特征指數；若計算所得的最大李雅普諾夫特征指數大于0，則判定該信號為混沌的，說明該組初始值在混沌吸引子的吸引區域內，建立適當的坐標系，作為所述結果數據；最后根據所述結果輸出單元接收到的所述結果數據，通過所述結果輸出單元顯示混沌吸引子的吸引區域，或者向其他設備輸出所述結果數據；
[0032]步驟6.結果輸出單元接收到的結果數據，顯示混沌性判定結果，或者向其他設備輸出所述結果數據。
[0033]進一步，所述初值設置單元數控電壓源和開關陣列；待測混沌電路的每個電容和電感，各由I個所述數控電壓源賦值；所述數控電壓源的輸出電壓值由所述分析控制單元調整；所述開關陣列在所述分析控制單元的控制下，使所述待測混沌電路中所有電容、電感從所述待測混沌電路中斷開，在完成賦值設置之后，接回所述待測混沌電路，而不影響所述待測混沌電路本身的結構，并且電容、電感在接回到所述待測混沌電路時，其狀態的衰減程度趨近于O。
[0034]進一步，所述信號采集單元包括電壓信號采集單元和電流信號采集單元；待測混沌電路的每個電容各由I個所述電壓信號采集單元采集電壓信號，每個電感各由I個所述電流信號采集單元采集電流信號；所述電壓信號采集單元包括采樣保持電路和A/D轉換器，所述采樣保持電路對電容的電壓信號進行采樣保持，所述A/D轉換器將采樣得到的電壓信號轉換為數字信號，并傳輸到分析控制單元；所述電流信號采集單元包括霍爾電流傳感器、采樣保持電路和A/D轉換器，所述霍爾電流傳感器將電感所在支路的電流信號轉換為電壓信號，所述采樣保持電路對此電壓信號進行采樣保持，所述A/D轉換器將采樣得到的電壓信號轉換為數字信號，并傳輸到所述分析控制單元。
[0035]由于采用了上述技術方案，本發明具有如下的優點：[0036]本發明是一種混沌電路檢測儀，對混沌電路的檢測比較全面，操作簡單。所述混沌電路檢測儀，為單元化的設計，只需根據實際情況稍加調整，就可以對三維、四維以及更高維的混沌電路進行檢測。所述混沌電路檢測儀，直接采集混沌電路的信號，進行混沌性檢測、功率譜檢測、龐加萊映射檢測、魯棒性檢測，可以幫助研究人員判定該信號的混沌性，觀察該信號的功率譜、龐加萊映射以及該混沌電路的魯棒性。所述混沌電路檢測儀，不需要借助其他設備，就可以對待測混沌電路進行檢測，并得到結果。所述混沌電路檢測儀，除了可以作為高校非線性電路方面的教學、科研實驗儀器外，還可以應用于對保密通信等工程中混沌電路的檢測，具有相當大的科研和工程價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：
[0038]圖I為混沌電路檢測儀的原理圖；
[0039]圖2為利用混沌電路檢測儀對三階蔡氏混沌電路進行檢測的總體實施方案原理圖；
[0040]圖3為數控電壓源結構圖；
[0041]圖4為三階蔡氏混沌電路檢測儀的開關陣列結構圖；
[0042]圖5為A/D轉換器結構圖；
[0043]圖6為利用混沌電路檢測儀對四階蔡氏混沌電路進行檢測的總體實施方案原理圖；
[0044]圖7為四階蔡氏混沌電路檢測儀的開關陣列結構圖。
【具體實施方式】
[0045]以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。
[0046]圖I為混沌電路檢測儀的原理圖；圖2為利用混沌電路檢測儀對三階蔡氏混沌電路進行檢測的總體實施方案原理圖；圖3為數控電壓源結構圖；圖4為三階蔡氏混沌電路檢測儀的開關陣列結構圖；圖5為A/D轉換器結構圖；圖6為利用混沌電路檢測儀對四階蔡氏混沌電路進行檢測的總體實施方案原理圖；圖7為四階蔡氏混沌電路檢測儀的開關陣列結構圖。
[0047]如圖I所示，本發明混沌電路檢測儀包括分析控制單元、參數輸入單元、為初值設置單元、信號采樣單元、結果輸出單元，采用本發明實現對混沌電路產生信號的混沌性檢測、功率譜檢測、龐加萊映射檢測、以及對混沌電路的混沌吸引子魯棒性檢測。
[0048]實施例一
[0049]利用本發明對三階蔡氏混沌電路進行檢測，三階蔡氏混沌電路包括2個電容和I個電感。三階蔡氏混沌電路檢測儀的總體實施方案如圖2所示。
[0050]其中Ml為分析控制單元；M2為參數輸入單元；M3為初值設置單元；M4為電壓信號采樣單元，M5為電流信號采樣單元，M4和M5合為信號采樣單元；M6為結果輸出單元；M7為所述三階蔡氏混沌電路斷開其中的所有電容和電感后其余部分；M1-M6組成混沌電路檢測儀。連接M3的端口 a-f與M7中的端口 a-f，相同字母的端口表示同一點。
[0051]所述分析控制單元，根據接收到的參數數據，輸出控制信號，以及根據接收到的采樣數據進行分析，判定混沌性、計算功率譜、計算龐加萊映射或者判定混沌吸引子吸引區域，并輸出結果數據；所述參數輸入單元，根據外界輸入的自定義參數輸出參數數據；所述初值設置單元，根據接收到的控制信號，將初值數據轉換成模擬信號之后，設置成混沌電路中電容的初始電壓和電感的初始電流；所述信號采樣單元，根據接收到的控制信號，對混沌電路所產生的電壓信號或電流信號進行采集，并轉換成數字信號，輸出采樣數據；所述結果輸出單元，根據接收到的結果數據和控制信號，將得到的結果顯示出來或者輸出到其他設備。
[0052]在進行信號混沌檢測的時候，所述分析控制單元根據基于多變量時間序列的最大李雅普諾夫特征指數計算方法，計算該采樣信號的最大李雅普諾夫特征指數；若計算所得的最大李雅普諾夫特征指數大于0，則判定該采樣信號為混沌的，反之則不是混沌的；所述功率譜檢測單元基于離散傅氏變換計算采樣信號的各個頻率相對強度形成功率譜。
[0053]在進行功率譜檢測的時候，所述分析控制單元將接收到的所述采樣數據，基于離散傅氏變換，計算所述待測混沌電路產生信號的各個頻率相對強度，形成功率譜，即為所述結果數據。
[0054]在進行龐加萊映射檢測的時候，參數輸入單元輸入龐加萊映射方程，分析控制單元將接收到的所述采樣數據，按照設定的龐加萊映射方程選取相應的數據，建立適當的坐標系。
[0055]在進行電路混沌性檢測的時候，參數輸入單元輸入自定義參數，自定義參數包括混沌電路中所有電容的初始值和所有電感所在支路的初始電流的變化范圍以及每次變化的步長；所述初值設置單元根據參數數據連續改變待測混沌電路中電容的初始電壓和電感所在支路的初始電流，初值設置單元每次設置的所有電容的初始電壓和電感所在支路的初始電流列為一組，將待測混沌電路依次從每組初始值開始振蕩；分析控制單元根據基于多變量時間序列的最大李雅普諾夫特征指數計算方法，計算該信號的最大李雅普諾夫特征指數；若計算所得的最大李雅普諾夫特征指數大于0，則判定該信號為混沌的，說明該組初始值在混沌吸引子的吸引區域。
[0056]所述分析控制單元包括微控制器，微控制器可以選用stm32系列芯片。
[0057]所述參數輸入單元包括矩陣鍵盤。
[0058]初值設置單元包括開關陣列和3個數控電壓源。數控電壓源可以采用如圖3所示的結構，其個數為3個，其中R1 = R2 = 2k Q，R3 = IkQ，P1-Pltl端口與所述微控制器連接，在Vo端口輸出相對于地的電壓值，其范圍在[_5V，5V]之間。數控電壓源的輸出電壓值由微控制器調整。當對電容設置初始電壓時，將數控電壓源的輸出電壓加在電容兩端，即為電容初始電壓；當對電感設置初始電流時，將數控電壓源的輸出電壓加在電感兩端，輸出電壓與電感的內阻之比即為電感初始電流。開關陣列如圖4所示，由4個單刀雙擲雙向模擬開關SC1_1、SC2_1、SC1_2和SC2_2，以及4個單刀單擲雙向模擬開關SL1_1、SL2_1、SL3_1和SL4_1組成，所述模擬開關由所述微控制器控制。圖4中的端口 a-f與圖2中端口 a_f相對應，圖4中的電容、電感、數控電壓源與圖2中電容、電感、數控電壓源相對應。當需要對三階蔡氏混沌電路設置初始值時，先將SC1_1、SC2_1、SC1_2和SC2_2中I端和2端導通，SL1_1和SL2_1斷開，以及SL3_1和SL4_1導通。然后通過所述數控電壓源，在將三階蔡氏混沌 電路中所有電容和電感的初始值達到所需值之后，同時將SC1_1、SC2_1、SC1_2和SC2_2中 I端和3端導通，以及SL1_1和SL2_1導通，在間隔極短的時間之后，將SL3_1和SL4_1同 時斷開，即完成了所述三階蔡氏混沌電路初始值設置。所述單刀雙擲雙向模擬開關可采用 ⑶4053，所述單刀單擲雙向模擬開關可采用⑶4066。[0059]所述信號采集單元包含電壓信號采集單元和電流信號采集單元，其中電壓信號采 集單元的數目與電容個數相同，電流信號采集單元的數目與電感個數相同。所述電壓信號 采集單元包括采樣保持電路和A/D轉換器，將所述三階蔡氏混沌電路產生的電壓信號通過 所述采樣保持電路和所述A/D轉換器，按照設定的頻率進行采樣，并轉換為數字信號傳輸 到所述微控制器。所述電流信號采集單元包括霍爾電流傳感器、采樣保持電路和A/D轉換 器，將混沌電路產生的電流信號通過所述霍爾電流傳感器轉換為對應的電壓信號，再通過 所述采樣保持電路和所述A/D轉換器，按照設定的頻率進行采樣，并轉換為數字信號傳輸 到所述微控制器。所述霍爾電流傳感器可采用ACS712，所述采樣保持電路可采用采樣保持 放大器LF398，所述A/D轉換器可采用如圖5所示，其中AD轉換芯片可選用ADS8509，R4 = 200 Ω，R5 = 100 Ω，R6 = 33.2k Ω，C1 = 2.2 μ F，C2 = 2.2 μ F，P11-P14 端 口 與所述微控制器 連接，Vin為A/D轉換輸入端，可以轉換的電壓范圍為[-10V，10V]o[0060]所述結果輸出單元包含液晶顯示器和USB接口。所述液晶顯示器將顯示所述微控 制器的計算分析結果。所述USB接口可以將所述微控制器接收到的結果數據等傳輸到其他 設備。所述液晶顯示器可采用240RGBX320像素，控制芯片為ILI9325的TFT屏。所述USB 接口可采用USB2.0接口。[0061]本發明公開的一種混沌電路檢測儀，對混沌電路的檢測比較全面，操作簡單。所述 混沌電路檢測儀，為單元化的設計，只需根據實際情況稍加調整，就可以對三維、四維以及 更高維的混沌電路進行檢測。[0062]本實施例的混沌電路檢測儀的檢測方法，是基于所述混沌電路檢測儀的各個單 元，實現對待測混沌電路的混沌性檢測、功率譜檢測、龐加萊映射檢測、魯棒性檢測。具體的 實現方法如下:[0063]混沌性檢測包括以步驟:[0064]步驟1.分析控制單元，輸出控制信號；[0065]步驟2.信號采樣單元根據控制信號，通過信號采集單元對所述待測混沌電路中 所有電容兩端的電壓值和電感所在支路的電流值，在同一時刻按照相同的頻率進行采樣， 并轉換為數字信號，即為所述采樣數據，將所述采樣數據傳輸到所述分析控制單元；[0066]步驟3.分析控制單元將所述采樣數據，根據基于多變量時間序列的最大李雅普 諾夫特征指數計算方法，計算該信號的最大李雅普諾夫特征指數。若計算所得的最大李雅 普諾夫特征指數大于0，則判定結果為該信號為混沌的，反之則不是混沌的，根據所述判定 結果，所述分析控制單元對結果輸出單元輸出結果數據。[0067]步驟4.最后結果輸出單元接收到的所述結果數據，顯示混沌性判定結果，或者向 其他設備輸出所述結果數據。[0068]功率譜檢測包括以下步驟:[0069]步驟1.分析控制單元，輸出控制信號；[0070]步驟2.信號采樣單元根據控制信號，通過信號采集單元對所述待測混沌電路中 所有電容兩端的電壓值和電感所在支路的電流值，在同一時刻按照相同的頻率進行采樣， 并轉換為數字信號，即為所述采樣數據，將所述采樣數據傳輸到所述分析控制單元；[0071]步驟3.分析控制單元將接收到的所述采樣數據，基于離散傅氏變換，計算所述待 測混沌電路產生信號的各個頻率相對強度，形成功率譜，即為所述結果數據。[0072]步驟4.最后結果輸出單元接收到的所述結果數據，或者向其他設備輸出所述結 果數據。[0073]龐加萊映射檢測包括以下步驟:[0074]步驟1.參數輸入單元輸入龐加萊映射方程；[0075]步驟2.分析控制單元根據接收到的參數數據，輸出控制信號；[0076]步驟3.信號采樣單元根據控制信號，通過信號采集單元對所述待測混沌電路中 所有電容兩端的電壓值和電感所在支路的電流值，在同一時刻按照相同的頻率進行采樣， 并轉換為數字信號，即為所述采樣數據，將所述采樣數據傳輸到所述分析控制單元；[0077]步驟4.分析控制單元將接收到的所述采樣數據，按照設定的龐加萊映射方程選 取相應的數據，建立適當的坐標系；[0078]步驟5.最后結果輸出單元接收到的所述結果數據，或者向其他設備輸出所述結 果數據。[0079]魯棒性檢測包括以下步驟:[0080]步驟1.利用參數輸入單元輸入自定義參數輸出參數數據，輸入的自定義參數包 括，待測混沌電路中所有電容的初始電壓和所有電感的初始電流的變化范圍，以及每次變 化的步長；[0081]步驟2.分析控制單元接收參數數據，輸出控制信號和初值數據到初值設置單元 中；[0082]步驟3.初值設置單元根據接收到的控制信號和初值數據，在設置的變化范圍內， 按照設置的步長，連續改變待測混沌電路中電容的初始電壓和電感的初始電流；所述初值 設置單元每次設置的所有電容的初始電壓和所有電感的初始電流列為一組，將所測混沌電 路依次從每組初始值開始振蕩；[0083]步驟4.信號采集單元對所述待測混沌電路中所有電容兩端的電壓值和電感所在 支路的電流值，在同一時刻按照相同的頻率進行采樣，并轉換為數字信號，即為所述采樣數 據，將所述采樣數據傳輸到所述分析控制單元；[0084]步驟5.分析控制單元將所述采樣數據，根據基于多變量時間序列的最大李雅普 諾夫特征指數計算方法，計算該信號的最大李雅普諾夫特征指數。若計算所得的最大李雅 普諾夫特征指數大于0，則判定該信號為混沌的，說明該組初始值在混沌吸引子的吸引區域 內，建立適當的坐標系，作為所述結果數據。最后根據所述結果輸出單元接收到的所述結果 數據，通過所述結果輸出單元顯示混沌吸引子的吸引區域，或者向其他設備輸出所述結果 數據。[0085]步驟6.最后結果輸出單元接收到的所述結果數據，顯示混沌性判定結果，或者向 其他設備輸出所述結果數據。[0086]實施例二[0087]結合圖6—圖7，本發明一種混沌電路檢測儀及其檢測方法，待檢測的混沌電路為 四階蔡氏混沌電路進行檢測，所述四階蔡氏混沌電路包括3個電容和I個電感。實施例2 與實施例1的主要區別主要體現在初值設置單元和信號采樣單元的結構上。[0088]利用混沌電路檢測儀對四階蔡氏混沌電路進行檢測的總體實施方案如圖6所示。 其中Ml為分析控制單元；M2為參數輸入單元；M3為初值設置單元；M4為電壓信號采樣單 元，M5為電流信號采樣單元，M4和M5合為信號采樣單元；M6為結果輸出單元；M7為所述四 階蔡氏混沌電路斷開其中的所有電容和電感后其余部分。連接M3的端口 a-h與M7中的端 口 a_h,相同字母的端口表不同一點。[0089]本實施例中分析控制單元、參數輸入單元、初值設置單元、信號采樣單元和結果輸 出單元，它們的作用與實施例1中的對應各個單元作用相同。[0090]本實施例中分析控制單元、參數輸入單元和結果輸出單元的硬件設計可以采用實 施例I中的方式實現。[0091]所述初值設置單元(其作用與實施例一中的相同)包括開關陣列和4個數控電壓 源。所述開關陣列如圖6所示，由6個單刀雙擲雙向模擬開關SC1_1、SC2_2、SC1_2、SC2_2、 SC1_3和SC2_3，以及4個單刀單擲雙向模擬開關SL1_1、SL2_1、SL3_1和SL4_1組成，所述 模擬開關由所述微控制器控制。圖4中的端口 a-f與圖2中端口 a-f相對應，圖4中的電 容、電感、數控電壓源與圖2中的電容、電感、數控電壓源相對應。當需要對所述四階蔡氏混 沌電路設置初始值時，先將SC1_1、SC2_2、SC1_2、SC2_2、SC1_3和SC2_3中I端和2端導 通，SL1_1和SL2_1斷開，以及SL3_1和SL4_1導通。然后通過所述數控電壓源，在將所述四 階蔡氏混沌電路中所有電容和電感的初始值達到所需值之后，同時將SC1_1、SC2_2、SC1_2、 SC2_2、SC1_3和SC2_3中I端和3端導通，以及SL1_1和SL2_1導通，在間隔極短的時間之 后，將SL3_1和SL4_1同時斷開，即完成了所述四階蔡氏混沌電路初始值設置。所述單刀雙 擲雙向模擬開關可采用CD4053，所述單刀單擲雙向模擬開關可采用CD4066。[0092]所述信號采集單元包含3個電壓信號采集單元和I個電流信號采集單元。所述電 壓信號采集單元包括采樣保持電路和A/D轉換器，將所述四階蔡氏混沌電路產生的電壓信 號通過所述采樣保持電路和所述A/D轉換器，按照設定的頻率進行采樣，并轉換為數字信 號傳輸到所述微控制器。所述電流信號采集單元包括霍爾電流傳感器、采樣保持電路和A/ D轉換器，將混沌電路產生的電流信號通過所述霍爾電流傳感器轉換為對應的電壓信號，再 通過所述采樣保持電路和所述A/D轉換器，按照設定的頻率進行采樣，并轉換為數字信號 傳輸到所述微控制器。所述霍爾電流傳感器、所述采樣保持電路、所述A/D轉換器分別可采 用實施例1中的霍爾電流傳感器、采樣保持電路、A/D轉換器。[0093]本實施例的混沌電路檢測儀的檢測方法，基于所述混沌電路檢測儀的各個單元， 實現對待測混沌電路的混沌性檢測、功率譜檢測、龐加萊映射檢測、魯棒性檢測。具體的實 現方法與實施例1相同。[0094]本發明是一種混沌電路檢測儀，對混沌電路的檢測比較全面，操作簡單。所述混沌 電路檢測儀，為單元化的設計，只需根據實際情況稍加調整，就可以對三維、四維以及更高 維的混沌電路進行檢測。所述混沌電路檢測儀，直接采集混沌電路的信號，進行混沌性檢 測、功率譜檢測、龐加萊映射檢測、魯棒性檢測，可以幫助研究人員判定該信號的混沌性，觀 察該信號的功率譜、龐加萊映射以及該混沌電路的魯棒性。所述混沌電路檢測儀，不需要借助其他設備，就可以對待測混沌電路進行檢測，并得到結果。所述混沌電路檢測儀，除了可 以作為高校非線性電路方面的教學、科研實驗儀器外，還可以應用于對保密通信等工程中 混沌電路的檢測，具有相當大的科研和工程價值。[0095]以上所述僅為本發明的優選實施例，并不用于限制本發明，顯然，本領域的技術人 員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的 這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些 改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種混沌電路檢測儀，其特征在于：包括： 參數輸入單元，根據外界輸入的自定義參數輸出參數數據； 分析控制單元，根據接收到的參數數據，輸出控制信號和初值數據，以及根據接收到的采樣數據進行分析，并輸出結果數據； 信號采樣單元，根據接收到的控制信號，對混沌電路所產生的電壓信號或電流信號進行采集，并轉換成數字信號，輸出所述采樣數據； 結果輸出單元，根據接收到的所述結果數據和控制信號，將得到的結果顯示出來或者輸出到其他設備。
2.根據權利要求1所述的混沌電路檢測儀，其特征在于：所述信號采集單元包括電壓信號采集單元和電流信號采集單元；待測混沌電路的每個電容各由I個所述電壓信號采集單元采集電壓信號，每個電感各由I個所述電流信號采集單元采集電流信號；所述電壓信號采集單元包括采樣保持電路和A/D轉換器，所述采樣保持電路對電容的電壓信號進行采樣保持，所述A/D轉換器將采樣得到的電壓信號轉換為數字信號，并傳輸到分析控制單元；所述電流信號采集單元包括霍爾電流傳感器、采樣保持電路和A/D轉換器，所述霍爾電流傳感器將電感所在支路的電流信號轉換為電壓信號，所述采樣保持電路對此電壓信號進行采樣保持，所述A/D轉換器將采樣得到的電壓信號轉換為數字信號，并傳輸到所述分析控制單兀。
3.根據權利要求1所述的混沌電路檢測儀，其特征在于：所述檢測儀還包括初值設置單元，所述初值設置單元根據接收到的所述初值數據和控制信號，將所述初值數據轉換成模擬信號之后，設置成混沌電路中 電容的初始電壓或電感的初始電流。
4.根據權利要求3所述的混沌電路檢測儀，其特征在于：所述初值設置單元包括數控電壓源和開關陣列；待測混沌電路的每個電容和電感，各由I個所述數控電壓源賦值；所述數控電壓源的輸出電壓值由所述分析控制單元調整；所述開關陣列在所述分析控制單元的控制下，使所述待測混沌電路中所有電容、電感從所述待測混沌電路中斷開，在完成賦值設置之后，接回所述待測混沌電路，而不影響所述待測混沌電路本身的結構，并且電容、電感在接回到所述待測混沌電路時，其狀態的衰減程度趨近于O。
5.根據權利要求1所述的混沌電路檢測儀，其特征在于：所述分析控制單元為微控制器；所述參數輸入單元為矩陣鍵盤；所述結果輸出單元包括顯示模塊和USB接口，所述顯示模塊用于顯示所述分析控制單元的計算分析結果，所述USB接口用于將所述分析控制單元接收到的數據傳輸到其他設備。
6.一種混沌電路檢測儀進行檢測的方法，其特征在于：包括以步驟： 步驟I.參數輸入單元輸入龐加萊映射方程； 步驟2.分析控制單元根據接收到的參數數據，輸出控制信號； 步驟3.信號采樣單元根據控制信號，通過信號采集單元對待測混沌電路中所有電容兩端的電壓值和電感所在支路的電流值，在同一時刻按照相同的頻率進行采樣，并轉換為數字信號，即為所述采樣數據，將采樣數據傳輸到分析控制單元； 步驟4.分析控制單元將接收到的采樣數據進行分析，并輸出結果數據； 步驟5.最后結果輸出單元接收到的結果數據，或者向其他設備輸出所述結果數據。
7.根據權利要求6所述的混沌電路的檢測儀進行檢測的方法，其特征在于：所述分析控制單元根據基于多變量時間序列的最大李雅普諾夫特征指數計算方法，計算該信號的最大李雅普諾夫特征指數；若計算所得的最大李雅普諾夫特征指數大于O，則判定結果為該信號為混沌的，反之則不是混沌的，根據所述判定結果，所述分析控制單元對結果輸出單元輸出結果數據； 所述分析控制單元采用離散傅氏變換，計算所述待測混沌電路產生信號的各個頻率相對強度，形成功率譜，即為所述結果數據； 所述分析控制單元采樣數據進行分析，按照設定的龐加萊映射方程，選取相應的數據，建立坐標系，所述分析控制單元輸出結果數據。
8.一種混沌電路檢測儀進行檢測的方法，其特征在于：包括以步驟： 步驟I.利用參數輸入單元輸入自定義參數輸出參數數據，輸入的自定義參數包括，待測混沌電路中所有電容的初始電壓和所有電感的初始電流的變化范圍，以及每次變化的步長; 步驟2.分析控制單元接收參數數據，輸出控制信號和初值數據到初值設置單元中； 步驟3.初值設置單元根據接收到的控制信號和初值數據，在設置的變化范圍內，按照設置的步長，連續改變待測混沌電路中電容的初始電壓和電感的初始電流；所述初值設置單元每次設置的所有電容的初始電壓和所有電感的初始電流列為一組，將所測混沌電路依次從每組初始值開始振蕩； 步驟4.信號采集單元對所述待測混沌電路中所有電容兩端的電壓值和電感所在支路的電流值，在同一時刻按照相同的頻率進行采樣，并轉換為數字信號，即為所述采樣數據，將所述采樣數據傳輸到所述分析控制單元； 步驟5.分析控制單元將所述采樣數據，根據基于多變量時間序列的最大李雅普諾夫特征指數計算方法，計算該信號的最大李雅普諾夫特征指數；若計算所得的最大李雅普諾夫特征指數大于O，則判定該信號為混沌的，說明該組初始值在混沌吸引子的吸引區域內，建立適當的坐標系，作為所述結果數據；最后根據所述結果輸出單元接收到的所述結果數據，通過所述結果輸出單元顯示混沌吸引子的吸引區域，或者向其他設備輸出所述結果數據； 步驟6.結果輸出單元接收到的結果數據，顯示混沌性判定結果，或者向其他設備輸出所述結果數據。
9.根據權利要求8所述的混沌電路檢測儀進行檢測的方法，其特征在于：所述初值設置單元數控電壓源和開關陣列；待測混沌電路的每個電容和電感，各由I個所述數控電壓源賦值；所述數控電壓源的輸出電壓值由所述分析控制單元調整；所述開關陣列在所述分析控制單元的控制下，使所述待測混沌電路中所有電容、電感從所述待測混沌電路中斷開，在完成賦值設置之后，接回所述待測混沌電路，而不影響所述待測混沌電路本身的結構，并且電容、電感在接回到所述待測混沌電路時，其狀態的衰減程度趨近于O。
10.根據權利要求8所述的混沌電路檢測儀進行檢測的方法，其特征在于：所述信號采集單元包括電壓信號采集單元和電流信號采集單元；待測混沌電路的每個電容各由I個所述電壓信號采集單元采集電壓信號，每個電感各由I個所述電流信號采集單元采集電流信號；所述電壓信號采集單元包括采樣保持電路和A/D轉換器，所述采樣保持電路對電容的電壓信號進行采樣保持，所述A/D轉換器將采樣得到的電壓信號轉換為數字信號，并傳輸到分析控制單元；所述電流信號采集單元包括霍爾電流傳感器、采樣保持電路和A/D轉換器，所述霍爾電流傳感器將電感所在支路的電流信號轉換為電壓信號，所述采樣保持電路對此電壓信號進行采樣保持，所述A/D轉換器將采樣得到的電壓信號轉換為數字信號，并傳輸到所述分析控制單元。`
【文檔編號】G01R31/28GK103558542SQ201310552339
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】李清都, 李晶, 楊芳艷, 周婷婷, 冷家麗, 曾洪正, 曹永民 申請人:重慶郵電大學