Разработка и исследование алгоритмов синхронизации для систем передачи информации с хаотической несущей

• Автор: Ходунин, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Введение.
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАОТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ КАСКАДНОСВЯЗАННЫХ ОДНОКОЛЬЦЕВЫХ СИСТЕМ ФАЛ
1.1. Выбор методов исследования хаотических режимов в нелинейных динамических системах

1.1.1. Методика расчета показателей Ляпунова

1.1.2. Определение фазы хаотического сигнала на основе вейвлетпреобразования .

1.1.3. Методика вычисления фазы хаотического сигнала с использованием комплексного вейвлета Морле
1.2. Исследование генератора хаоса на базе однокольцевой системы ФАП 3го порядка с синусоидальной нелинейностью.

1.2.1. Условия существования колебательных и вращательных хаотических режимов.

1.2.2. Изучение бифуркационного механизма возникновения хаотических режимов.

1.3. Исследование генератора хаоса на базе однокольцевой системы ФАП с астатизмом 2го порядка.

1.3.1. Условия существования колебательных и вращательных хаотических режимов.

1.3.2. Изучение бифуркационного механизма возникновения хаотических режимов.
1.4. Математическая модель однонаправленносвязанных систем
3го порядка в форме дифференциальных уравнений.
1.4.1. Условия возникновения фазовой хаотической синхронизации каскадносвязанных систем ФАП 3го порядка
1.4.2. Анализ ляпуновских показателей синхронизирующей системы в режиме хаотической синхронизации
1.5. Разработка системы символьной синхронизации на основе алгоритма выделения фазы хаотического сигнала
1.6. Выводы.
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАОТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ КАСКАДНОСВЯЗАННЫХ ДВУХКОЛЫДЕВЫХ СИСТЕМ ФАП
2.1. Разработка и исследование модели двухкольцевых систем ФАП
2.1.1. Математическая модель каскадносвязанных систем ФАП.
2.1.2. Сравнительный анализ областей существования хаотических режимов однокольцевой и двухкольцевой систем ФАП.
2.1.3. Бифуркационный анализ пространства параметров двухкольцевых систем ФАП.
2.2. Исследование фазовой хаотической синхронизации каскадносвязанных систем ФАП.
2.2.1. Математическая модель каскадносвязанных систем ФАП в форме дифференциальных уравнений.
2.2.2. Чувствительность режима синхронизации в условиях переменных параметров формирующей и синхронизирующей систем .
2.3. Оптимизация параметров материнского вейвлета в условиях белого гауссовского шума.
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ РАСШИРЕННОГО ФИЛЬТРА КАЛМАНА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ С ХАОТИЧЕСКОЙ НЕСУЩЕЙ .
3.1. Формирование хаотического синхронного отклика на основе расширенного фильтра Калмана для дискретизированного сигнала
3.1.1. Постановка задачи
3.1.2. Построение фильтра Калмана для оценки хаотической фазовой компоненты
3.1.3. Исследование качества восстановления фазовой компоненты в зависимости от эффекта дискретизации.
3.1.4. Чувствительность алгоритма оценки хаотической фазы в условиях переменных параметров модели сообщения.
3.2. Система передачи информации на основе хаотического синхронного отклика для многопозиционного сигнала.
3.2.1. Структурная схема двухпозиционной системы передачи информации на основе расширенного фильтра Калмана.
3.2.2. Выбор сигнальнокодовой конструкции для многоиозиционной передачи информации
3.2.3. Исследование энергетической эффективности многоиозиционной системы передачи информации, построенной по
схеме переключения хаотических режимов
3.3. Система передачи информации с хаотически изменяющейся символьной частотой.
3.3.1. Постановка задачи
3.3.2. Оценка эффективности применения расширенного
фильтра Калмана.
3.3.3. Исследование имитационной модели передатчика.
3.3.4. Исследование имитационной модели приемника.
3.3.5. Разработка и исследование экспериментального модуля системы передачи информации на базе ПЛИС ЗА .
3.4. Выводы
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы


Примечательно, что для нормального функционирования генераторов хаоса требуется прецизионная элементная база. Удается наблюдать синхронизацию передатчика с приемником, находящихся в режиме динамического хаоса, либо при идентичных параметрах, либо при незначительной расстройке 3 параметров систем в случае отсутствия искажений и шумов в канале связи 6. Указанные ограничения являются преградой для практического внедрения и создания новых стандартов связи на базе динамического хаоса. Целью диссертационной работы является повышение эффективности систем передачи информации с хаотической несущей за счет применения новых алгоритмов синхронизации, включая оптимальные, минимально чувствительные к нестабильности параметров передатчика, приемника и радиоканапа, в том числе в условиях доплеровского смещения частоты. Исследование хаотической динамики непрерывных моделей однокольцевой и двухкольцевой фазовых систем различного порядка астатизма. Разработка методики оценки фазовой хаотической синхронизации нелинейных динамических систем на основе вейвлетпреобразования, эффективной в условиях шумовых воздействий. Исследование хаотической синхронизации каскадносвязанных двухкольцевых фазовых систем в условиях частотной неопределенности. Исследование возможности применения расширенного фильтра Калмана при получении синхронного хаотического отклика для фазовых систем различного порядка астатизма. Разработка алгоритма выбора сигнальнокодовой конструкции на основе взаимнокорреляционных диаграмм. Разработка структуры демодулятора для схемы переключения хаотических режимов с совмещением функций демодуляции и синхронизации. Разработка алгоритма синхронизации на основании расширенного фильтра Калмана для систем с хаотически изменяющейся символьной частотой. Реализация предложенных алгоритмов синхронизации на базе программируемых логических интегральных схем и цифровых сигнальных процессоров. Решение поставленных выше задач осуществлялось с использованием методов теории нелинейных динамических систем, теории колебаний, теории автоматического управления. Применялись методы математической статистики, Фурьеанализ, для определения фазы хаотического сигнала вейвлетпреобразование. Математические расчеты проводились в среде МааЬ, а также в ее приложении тиНпк. Предложен и исследован генератор хаоса на основе астатической системы ФАП, малочувствительной к медленным изменениям частоты, отличающийся от известных высоким порядком астатизма. Получены условия хаотической синхронизации каскадносвязанных однокольцевых систем ФАП различного порядка астатизма, отличающиеся возможностью эффективного использования в доплеровских каналах. Получены условия хаотической синхронизации каскадносвязанных двухкольцевых систем ФАП различной структуры, отличающиеся большей вариабельностью параметров систем за счет использования различных структур систем ФАП на передающей и приемной сторонах. Разработан алгоритм оценки фазовой хаотической синхронизации на основе непрерывного вейвлетпреобразования, отличающийся от известных возможностью адаптации материнского вейвлета под энергетические параметры сигнала и помехи. Разработан алгоритм выделения сигнала с хаотически изменяющейся символьной частотой повышенной девиации на основе расширенного фильтра Калмана для систем скрытной передачи информации. Разработан алгоритм оценки информационной последовательности на основе расширенного фильтра Калмана для двухпозиционной и многопозиционной систем передачи с переключением хаотических режимов, отличающийся повышенной помехозащищенностью за счет совмещения функций демодуляции и синхронизации. Ценность диссертационного исследования состоит в том, что оно вносит значительный вклад в развитие теории динамических систем, методов анализа хаотической синхронизации, вопросов применения расширенного фильтра Калмана к нелинейным динамическим системам и формирования хаотических радиосигналов, что имеет большое значение для повышения эффективности разработки и испытания радиотехнических систем различного назначения и развития радиотехники в целом.