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混沌現(xiàn)象范文第1篇

【關(guān)鍵詞】時(shí)間序列；混沌現(xiàn)象；數(shù)學(xué)模型

0 引言

科學(xué)研究中，人們?cè)噲D對(duì)一個(gè)事物進(jìn)行深入的分析研究，通常需要應(yīng)用數(shù)學(xué)的工具，那么，數(shù)據(jù)模型就是一種比較科學(xué)的研究工具。模型是對(duì)一個(gè)事物的抽象描述，并對(duì)模型得到結(jié)果做出專家判斷，從而揭示事物的本質(zhì)及其表象與本質(zhì)的關(guān)系。臨床實(shí)踐上，要想對(duì)某種病變進(jìn)行介入治療起到良好的效果，或者對(duì)預(yù)防病變的惡化最大限度的延遲，不僅要進(jìn)行定性分析更要進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析，以此達(dá)到介入治療的最佳時(shí)機(jī)和最有效的介入方式，這樣就需要對(duì)人類的各種生理指標(biāo)進(jìn)行規(guī)律性的研究，根據(jù)大量的臨床試驗(yàn)，獲得發(fā)生異常的臨界值以及病變可能演變的趨勢(shì)。如果把一個(gè)系統(tǒng)的演變構(gòu)成看作一個(gè)函數(shù)圖象，并且自變量的變化引起因變量的強(qiáng)烈改變，那么這個(gè)系統(tǒng)就可以認(rèn)為是一個(gè)混沌系統(tǒng)。蝴蝶效應(yīng)就是混沌學(xué)中的一個(gè)典型概念之一。混沌學(xué)可以在一些隨機(jī)的、無(wú)序的系統(tǒng)中挖掘出規(guī)律和秩序。比如在醫(yī)學(xué)中，它可以從人類萬(wàn)千生理指標(biāo)中發(fā)現(xiàn)病變的生理指標(biāo)變化，從而準(zhǔn)確、準(zhǔn)時(shí)的介入治療。

1 混沌的核心和特征

吸引子作為混沌學(xué)的重要組成部分，我們可以認(rèn)為它就是混沌學(xué)的理論核心內(nèi)容，那么什么是吸引子呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)極限就是一個(gè)吸引子。無(wú)論從任何一個(gè)維度趨向于無(wú)窮大時(shí)，結(jié)果都會(huì)趨向于一個(gè)集合，這個(gè)集合我們可以叫做吸引子集。對(duì)于一個(gè)集合，當(dāng)時(shí)間趨向于無(wú)窮大時(shí)，在任何一個(gè)有界集上出發(fā)的非定常流的所有軌道都趨于它，那么它就是吸引子集合。圖形化展示對(duì)于人們對(duì)問(wèn)題的分析及觀察有著天然的優(yōu)勢(shì)，它直觀的反應(yīng)了事物的一切，圖形化可以說(shuō)適用于一切變量與自變量之間變化的規(guī)律揭示。通常，我們對(duì)于系統(tǒng)的所有狀態(tài)進(jìn)行一個(gè)聚類處理，如果所有狀態(tài)聚集為一個(gè)類，那么認(rèn)為這個(gè)系統(tǒng)只存在唯一的吸引子，如果出現(xiàn)了多個(gè)聚類，而這些聚類之間不存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，那么我們可以認(rèn)為這個(gè)系統(tǒng)包含多個(gè)吸引子。混沌系統(tǒng)其實(shí)并不是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，而是一個(gè)耗散系統(tǒng)，因此，混沌系統(tǒng)的孤立點(diǎn)并不是原本孤立的，而是通過(guò)耗散效應(yīng)后留下的奇異點(diǎn)，當(dāng)然奇異點(diǎn)可以是單個(gè)孤立點(diǎn)，也可以是一個(gè)復(fù)雜的集合，甚至是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。然而這些奇異點(diǎn)不屬于任何吸引子的閾值范圍，吸引子的閾值范圍是指就是構(gòu)成這個(gè)吸引子的所有點(diǎn)集構(gòu)成的一個(gè)集合。盡管大多數(shù)常見(jiàn)的緊致耗散混沌系統(tǒng)有吸引子，但混沌系統(tǒng)不一定都有奇異吸引子。

混沌有四個(gè)基本特性[3]：（1）復(fù)雜性：內(nèi)因?qū)煦绗F(xiàn)象有著決定性和完全性。一般來(lái)講，混沌現(xiàn)象依賴于其存在的體系，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，混沌體系具有穩(wěn)定性，而對(duì)于其內(nèi)部來(lái)講卻十分的敏感，初始化的微笑變動(dòng)將會(huì)引起結(jié)果的軒然大波。（2）分形性： 混沌系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌道在空間的幾何形態(tài)可用分?jǐn)?shù)維描述。（3）非線性：混沌系統(tǒng)并不是一個(gè)直線變化的系統(tǒng)，比如：當(dāng)一個(gè)角度趨向時(shí)，他的正切值趨向于無(wú)窮大，但是當(dāng)這個(gè)角度為100π時(shí)，那么他的值卻是0。（4）無(wú)限性：首先混沌是一個(gè)游戲太的，然而他又是無(wú)周期的。基于混沌的四個(gè)基本特征，對(duì)于混度的計(jì)算，只要數(shù)據(jù)精度足夠高，那么則可以發(fā)現(xiàn)很小尺寸混度的有序運(yùn)動(dòng)，這與大尺寸混度的變化就像母子關(guān)系一樣，有著驚人的相似。

2 醫(yī)學(xué)時(shí)間序列中的混沌

隨著混沌現(xiàn)象的揭示，混沌系統(tǒng)不是隨機(jī)系統(tǒng)，它是有規(guī)律的，是可以做出預(yù)測(cè)的，統(tǒng)計(jì)學(xué)在混沌發(fā)展的進(jìn)程中擔(dān)當(dāng)了這個(gè)重要的角色，它通過(guò)建立科學(xué)的模型，對(duì)實(shí)際的中存在噪音或者說(shuō)是存在誤差的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而發(fā)現(xiàn)混淆系統(tǒng)存在的客觀規(guī)律，做出預(yù)測(cè)。當(dāng)然，線性時(shí)間序列模型并不是一直都很幸運(yùn)，大多時(shí)候需要非線性時(shí)間序列模型來(lái)幫忙。而醫(yī)學(xué)上大量的臨床數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)在時(shí)間序列上對(duì)數(shù)據(jù)隱含的信息進(jìn)行深層次的挖掘分析提供了很好的依據(jù)。

對(duì)于人類對(duì)事物的認(rèn)知規(guī)律來(lái)看，圖形化再次成為揭示事物規(guī)律的主角，圖形化可以清楚的展示事物發(fā)展的周期、單調(diào)性、穩(wěn)定性、順序性等諸多變化規(guī)律。遺憾的是時(shí)間序列蘊(yùn)含的大量信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎我們的眼球，因此我們可以試圖了解狀態(tài)空間，看是否能得到更為豐富的信息，最終它并沒(méi)有使我們失望。圖1所示為徐州醫(yī)學(xué)附屬醫(yī)院門(mén)診信息所組成的混沌系統(tǒng)，從圖上我們可以清楚的看出不同時(shí)刻門(mén)診量的變化很大，而且變化并沒(méi)看到明顯的規(guī)律性等特征。

為了研究該時(shí)間序列上的混沌現(xiàn)象，我們?cè)O(shè)t時(shí)刻的狀態(tài)為（xt-1，x，xt+1），分別以xt-1，xt及xt+1為坐標(biāo)軸，繪制時(shí)序狀態(tài)的散點(diǎn)圖，在三維空間中構(gòu)成一橢球，如圖2，可見(jiàn)三者之間互有相關(guān)關(guān)系。

在構(gòu)成狀態(tài)空間時(shí)，各元素也具有不同量綱，比如設(shè)Vt=（xt+1-xt）/xt，則狀態(tài)空間（xt，Vt）中時(shí)序xt的表現(xiàn)如圖3，其現(xiàn)實(shí)意義是：當(dāng)門(mén)診量為xt時(shí)，其門(mén)診增長(zhǎng)速度Vt應(yīng)當(dāng)位于的范圍，圖形展示門(mén)診量超過(guò)20000以上時(shí)，增長(zhǎng)速度在0左右振動(dòng)；當(dāng)增長(zhǎng)速度低時(shí)，增長(zhǎng)速度集中在正負(fù)1之間。

本文的徐州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院門(mén)診變量的觀測(cè)值構(gòu)成了一個(gè)時(shí)間序列，它是時(shí)間學(xué)列數(shù)學(xué)模型的一個(gè)特例，并解釋了門(mén)診量的變化規(guī)律以及其它蘊(yùn)含的豐富信息。當(dāng)然，通過(guò)狀態(tài)空間的表達(dá)，也可以從不同的側(cè)面獲得大量的信息，并能確定表面時(shí)間序列{xt}是一個(gè)混沌系統(tǒng)，而非一個(gè)隨機(jī)系統(tǒng)，且三維狀態(tài)空間（xt-1，xt，xt+1）中時(shí)序的表現(xiàn)也與自相關(guān)函數(shù)的描述獲得一致結(jié)論。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)際上，看似隨機(jī)的測(cè)量因素在時(shí)間序列中，卻決定了事物的必然性，雖然我們不能通過(guò)精確的計(jì)算來(lái)得到它，但是卻可以通過(guò)混沌的特征示人。在通過(guò)時(shí)間序列來(lái)解決醫(yī)學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題時(shí)，我們可以通過(guò)構(gòu)造多維空間嘗試展示醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中的混沌特征，從而可以通過(guò)時(shí)間序列的非線性特征對(duì)醫(yī)學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行深入的探索研究。

【參考文獻(xiàn)】

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混沌現(xiàn)象范文第2篇

關(guān)鍵詞：橋梁；高墩；約束混凝土；穩(wěn)定性；非線性分析；有限元；ANSYS

中圖分類號(hào)：TB115；U443.22；U444.18；U441文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Stability effect on reinforced concrete for high piers considering material non-linearity

CAO Xinjian

(College of Civil Eng., Tongji Univ., Shanghai 200092, China)

Abstract：Large deviation can be aroused when using the conventional methods, which are based on elastic theories, to evaluate internal forces and deformation of high piers. So its stability is analyzed with ANSYS, considering the promoting effect of stirrups on strength of core concrete. MANDER constructive model is used to simulate stress-strain relationship of confined concrete; three sensitive parameters (pier height, confined index and concrete strength) are analyzed and the effect rule that how non-linear constructive model of reinforced concrete affects load of high pier is obtained. The result shows that the maximum increase of load is about 50% when the nonlinear constitutive relationship of confined concrete is considered in the analysis.

Key words：bridge; high pier; confined concrete; stability; nonlinear analysis; finite element; ANSYS

0引言

在我國(guó)西部黃土溝壑區(qū)修建的跨越深谷橋梁，橋墩高度通常很高，有時(shí)甚至超過(guò)100 m，如被譽(yù)為“亞洲第一高墩大橋”的黃延高速公路洛河大橋，其主墩高達(dá)143.5 m，高墩大多采用薄壁截面形式，使得橋墩的剛度大大削弱，柔度增大，運(yùn)營(yíng)橋梁的整體穩(wěn)定性減弱.另外，在高墩上進(jìn)行懸臂施工，也會(huì)由于諸多因素而降低橋墩及整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性.這種高柔橋墩結(jié)構(gòu)在集中軸壓力（上部結(jié)構(gòu)支反力）、分布軸壓力（墩身自重）和水平推力（溫度摩阻力、風(fēng)力等）及局部溫差的共同作用下，其穩(wěn)定問(wèn)題往往成為影響施工安全的關(guān)鍵因素.

高墩中通常配置較多的主筋及箍筋，核心混凝土受到箍筋約束，其強(qiáng)度及延性都有所增長(zhǎng)，因此對(duì)這部分混凝土不能按照規(guī)范給出的普通混凝土的應(yīng)力―應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行分析，必須為它們選用合適的本構(gòu)關(guān)系，才能使分析結(jié)果較接近實(shí)際值.

由于高橋墩的幾何非線性及材料非線性本構(gòu)關(guān)系所導(dǎo)致的二次效應(yīng)（內(nèi)力和變形）非常顯著，因此采用傳統(tǒng)的以彈性理論為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法求算高柔橋墩的內(nèi)力和變形會(huì)引起較大偏差.

本文將約束混凝土本構(gòu)關(guān)系的MANDER模型引入到高墩的穩(wěn)定性分析中，借助通用有限元分析軟件ANSYS，研究材料非線性對(duì)高橋墩穩(wěn)定性的影響.

1本構(gòu)關(guān)系模型的有限元分析

1.1無(wú)約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系模型

箍筋外的混凝土不受箍筋約束，屬無(wú)約束混凝土.在有限元分析中，這一部分混凝土的本構(gòu)模型可以選用歐洲混凝土協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中采用的混凝土本構(gòu)模型.對(duì)于不同標(biāo)號(hào)的混凝土，可以得到不同的應(yīng)力―應(yīng)變關(guān)系曲線，見(jiàn)圖1.

1.2約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系模型

箍筋所圍的核芯混凝土為約束混凝土，這部分混凝土的本構(gòu)關(guān)系非常復(fù)雜.[1]在眾多試驗(yàn)研究成果[2-4]中，MANDER等建議的應(yīng)力―應(yīng)變關(guān)系近年來(lái)得到越來(lái)越多的應(yīng)用.

根據(jù)MANDER本構(gòu)關(guān)系模型的經(jīng)驗(yàn)公式，編制用于計(jì)算MANDER本構(gòu)關(guān)系模型中應(yīng)力―應(yīng)變關(guān)系曲線的VB程序（見(jiàn)圖2），以計(jì)算約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系曲線.

為了方便分析，引入約束指標(biāo)λt[5]的概念，也稱約束指標(biāo)為配箍特征值.

假設(shè)體積配箍率μt=nAshskah(1)式中：n為沿某一方向箍筋的肢數(shù)；Ash為單肢箍筋的截面積；sk為箍筋間距；ak為構(gòu)件沿與n相同方向的構(gòu)件寬度尺寸.

則約束指標(biāo)為λt=μtfytfc(2)式中：fyt為箍筋的屈服強(qiáng)度；fc為混凝土的抗壓強(qiáng)度.

已有實(shí)驗(yàn)證明，箍筋越多越強(qiáng)，對(duì)核心混凝土的約束應(yīng)力就越大，約束混凝土的抗壓強(qiáng)度(fcc)和峰值應(yīng)變(εcc)也都隨之加快增長(zhǎng).配箍量較少(λt≤0.3)的約束混凝土，到達(dá)極限強(qiáng)度f(wàn)cc時(shí)箍筋尚未屈服；而配箍量大(λt≥0.36)時(shí)，約束混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度之前箍筋早已屈服，約束作用充分發(fā)揮.計(jì)算表明，相應(yīng)于約束混凝土極限強(qiáng)度和箍筋屈服同時(shí)到達(dá)的界限約束指標(biāo)λt=0.32.

引入約束指標(biāo)λt后，可得出不同標(biāo)號(hào)混凝土的MANDER應(yīng)力―應(yīng)變曲線關(guān)系，限于篇幅，此處僅給出C20混凝土的應(yīng)力―應(yīng)變曲線，見(jiàn)圖3.

1.3鋼筋的本構(gòu)關(guān)系模型

工程實(shí)際中鋼筋的應(yīng)力―應(yīng)變關(guān)系曲線多采用簡(jiǎn)化的理想彈塑性應(yīng)力―應(yīng)變關(guān)系曲線，見(jiàn)圖4.

2有限元模型

結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是指在外力作用下結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)開(kāi)始喪失穩(wěn)定性，稍有擾動(dòng)（實(shí)際上不可避免）則變形迅速增大，最后使結(jié)構(gòu)遭到破壞.穩(wěn)定問(wèn)題有兩類[6]，第1類是平衡分支問(wèn)題，第2類是極值點(diǎn)失穩(wěn)問(wèn)題.實(shí)際上的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題都屬于第2類.

由于工程實(shí)際中的穩(wěn)定問(wèn)題多為第2類穩(wěn)定即極值點(diǎn)失穩(wěn)，故對(duì)高墩的第2類穩(wěn)定分析極為重要，以確定其極限承載力.[7，8]采用有限元程序ANSYS對(duì)高墩進(jìn)行分析[9，10]，以100 m高墩為例，建立有限元分析模型. 模型采用SOLID 65單元，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為4444，單元總數(shù)為2200, 見(jiàn)圖5.對(duì)于不同的約束指標(biāo)和長(zhǎng)細(xì)比分別建立的兩類模型中的混凝土本構(gòu)模型，分別采用《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG 62―2004)》中規(guī)定的混凝土本構(gòu)模型和MANDER本構(gòu)模型，并模擬是否考慮約束混凝土本構(gòu)關(guān)系的高墩.

3計(jì)算結(jié)果分析

3.1敏感參數(shù)分析

對(duì)影響高墩穩(wěn)定性的敏感參數(shù)進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，確定約束指標(biāo)、墩高及混凝土強(qiáng)度3個(gè)參數(shù)為影響高墩的敏感參數(shù).設(shè)Pcr為不考慮約束混凝土本構(gòu)關(guān)系的極限載荷，Pccr為考慮約束混凝土本構(gòu)關(guān)系后的極限載荷，由有限元分析可得Pccr/Pcr值，見(jiàn)表1.

由表1可見(jiàn)，在相同標(biāo)號(hào)混凝土（表中僅示出C20混凝土，對(duì)于C25，C30和C40混凝土，有相同的規(guī)律），相同約束指標(biāo)λt的條件下，高墩的第2類穩(wěn)定極限載荷提高系數(shù)Pccr/Pcr對(duì)墩高不敏感，僅對(duì)約束指標(biāo)和混凝土標(biāo)號(hào)兩個(gè)參數(shù)比較敏感.3.2高墩極限載荷分析

由于高墩的第2類穩(wěn)定極限載荷提高系數(shù)Pccr/Pcr對(duì)墩高不敏感，因此，下面的分析以60 m高墩為例.60 m高墩在不同標(biāo)號(hào)混凝土和不同約束指標(biāo)下的Pccr/Pcr值見(jiàn)圖6.60 m高墩在不同標(biāo)號(hào)混凝土及不同約束指標(biāo)下的極限載荷提高率見(jiàn)表2.

以下是對(duì)兩類模型進(jìn)行對(duì)比分析后得出的結(jié)果.

(1)在混凝土標(biāo)號(hào)相同的條件下，Pccr/Pcr值隨約束指標(biāo)λt值的增加而增加.

(2)在約束指標(biāo)λt相同的條件下，Pccr/Pcr隨著混凝土標(biāo)號(hào)的增加而減小，即約束混凝土作用對(duì)低標(biāo)號(hào)混凝土墩的臨界載荷提高比高標(biāo)號(hào)混凝土墩大.

(3)考慮約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系后，使高墩的極限載荷有不同程度的增加，最大可達(dá)50%左右.

(4)對(duì)圖6中不同標(biāo)號(hào)混凝土條件下的曲線進(jìn)行擬合，得到4條擬合曲線.

(5)由擬合曲線結(jié)果可得出：

對(duì)于C20混凝土，當(dāng)約束指標(biāo)λt取0.2~0.8時(shí)，Pccr/Pcr值為1.38~1.47；

對(duì)于C25混凝土，當(dāng)約束指標(biāo)λt取0.2~0.8時(shí)，Pccr/Pcr值為1.10~1.23；

對(duì)于C30混凝土，當(dāng)約束指標(biāo)λt取0.2~0.8時(shí)，Pccr/Pcr值為1.02~1.06；

對(duì)于C40混凝土，當(dāng)約束指標(biāo)λr取0.2~0.8時(shí)，Pccr/Pcr值為1.01~1.04.4結(jié)論

首先對(duì)影響高墩穩(wěn)定性的敏感參數(shù)進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，確定約束指標(biāo)λt，墩高及混凝土強(qiáng)度3個(gè)參數(shù)為影響高墩穩(wěn)定的最敏感參數(shù).然后，對(duì)是否考慮約束混凝土本構(gòu)關(guān)系的高墩建模，用有限元通用程序ANSYS進(jìn)行計(jì)算分析，得出約束指標(biāo)λt和混凝土強(qiáng)度等主要敏感參數(shù)對(duì)高墩穩(wěn)定性的影響規(guī)律：

(1)通過(guò)對(duì)墩高、混凝土標(biāo)號(hào)及約束指標(biāo)等影響約束混凝土高墩穩(wěn)定性因素的分析，得出約束混凝土對(duì)高墩穩(wěn)定性的主要影響因素為混凝土的強(qiáng)度和約束指標(biāo)λt，這兩個(gè)因素對(duì)約束混凝土高墩的極限載荷提高系數(shù)Pccr/Pcr的值有顯著影響；

(2)在混凝土標(biāo)號(hào)相同的條件下，Pccr/Pcr值隨約束指標(biāo)λt值的增加而增加；

(3)在約束指標(biāo)λt相同的條件下，Pccr/Pcr隨著混凝土標(biāo)號(hào)的增加而減小，即約束混凝土作用對(duì)低標(biāo)號(hào)混凝土墩的極限載荷提高比高標(biāo)號(hào)混凝土墩大；雖然目前高墩使用的混凝土向高標(biāo)號(hào)發(fā)展，但材料非線性對(duì)高墩穩(wěn)定的影響依然是設(shè)計(jì)者不可忽視的因素.

(4)考慮約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系后，使高墩的極限載荷有不同程度的增加，最大約50%.

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混沌現(xiàn)象范文第3篇

【關(guān)鍵字】 混沌調(diào)制 保密 通訊系統(tǒng)

引言：最早研究的混沌通訊技術(shù)是掩蓋通訊，通過(guò)在混沌輸出的信號(hào)上添加信息信號(hào)，在信號(hào)的接收端配置相同的混沌系統(tǒng)，在接收信號(hào)之后通過(guò)設(shè)備還原信號(hào)，可以避免信息的泄露，有利于通訊安全。

一、混沌調(diào)制保密研究背景及意義

混沌原理的出現(xiàn)是歷代科學(xué)家研究的成果，科研人員使用蝴蝶來(lái)形容混沌控制的美妙，這一做法激勵(lì)了很多科研人員對(duì)混沌原理的研究。混沌其實(shí)是特殊的動(dòng)力學(xué)，混沌現(xiàn)象是通過(guò)非動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)出的確定性、類隨機(jī)過(guò)程，并且這種現(xiàn)象是不具有周期性、雖然沒(méi)有收斂但是有界限，對(duì)于初始值非常敏感。并且混沌學(xué)的發(fā)現(xiàn)受到全世界范圍內(nèi)物理學(xué)家的歡迎，在之后的一些會(huì)議中，混沌學(xué)逐漸應(yīng)用到氣象學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)以及信息科學(xué)中，對(duì)這些行業(yè)起到了促進(jìn)發(fā)展的作用。使用混沌調(diào)制進(jìn)行通訊信息的保密主要是因?yàn)榛煦缤ㄐ攀且曰煦绮ㄗ鳛樾盘?hào)的載體，并且只有通過(guò)與發(fā)送端相同的設(shè)備才可以接收并且破譯信號(hào)，這一點(diǎn)有效的降低了信息在傳輸過(guò)程中被截獲破譯的可能性。并且混沌調(diào)制通信的信號(hào)具有類噪音以及難預(yù)測(cè)等特點(diǎn)，這也給信號(hào)的截獲帶來(lái)巨大難度。

二、混沌調(diào)制內(nèi)涵

混沌現(xiàn)象是指在非線性系統(tǒng)過(guò)程中出現(xiàn)的類隨機(jī)、確定的過(guò)程，由于其具有非周期、有界限、并且不收斂的過(guò)程，它對(duì)于初始條件非常敏感。通過(guò)混沌的序列對(duì)開(kāi)始條件的敏感性，因此可以通過(guò)信號(hào)恢復(fù)以及混沌掩蓋用于多址通信，而且混沌現(xiàn)象具有類噪聲特性，這一點(diǎn)對(duì)通信系統(tǒng)的提升有非常重要的作用，通過(guò)對(duì)信號(hào)的準(zhǔn)確再生 可以用于信號(hào)恢復(fù)以及混沌掩蓋。混沌調(diào)制的保密主要是根據(jù)將信號(hào)掩藏在混沌載波中，并且通過(guò)符號(hào)的相關(guān)動(dòng)力學(xué)對(duì)不同形狀的波形進(jìn)行分析剖析，在信號(hào)傳輸以及接收端必須使用相同的設(shè)備。所以，在實(shí)現(xiàn)混沌調(diào)制通信實(shí)現(xiàn)混沌的同步時(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，要確保設(shè)備保持同步，需要對(duì)設(shè)備的初始值進(jìn)行設(shè)定。混沌調(diào)制的保密技術(shù)可以分為三點(diǎn)：混沌涵蓋技術(shù)、混沌監(jiān)控技術(shù)以及混沌參數(shù)調(diào)制。

三、混沌調(diào)制保密方法

1、混沌掩蓋。混沌掩蓋被稱為混沌隱藏或者混沌遮掩，它是最先提出來(lái)的混沌保密方式。混沌掩蓋技術(shù)的基本原理是：通過(guò)在發(fā)送端采用混沌信號(hào)作為載體對(duì)信號(hào)進(jìn)行遮掩或者對(duì)信號(hào)進(jìn)行隱藏，在信號(hào)的接收端利用混沌同步對(duì)接收到的混沌信號(hào)進(jìn)行去遮掩，進(jìn)而可以獲得傳輸?shù)年P(guān)鍵信息。使用混沌技術(shù)進(jìn)行信號(hào)掩蓋使用的方法主要有：相加、相乘以及或者兩者的結(jié)合，要實(shí)現(xiàn)這種通訊方法主要依賴混沌系統(tǒng)之間的同步，對(duì)于使用混沌技術(shù)進(jìn)行信息傳遞時(shí)，需要傳送的信息的幅值基本非常小，只有這樣才可以保證混沌信號(hào)不會(huì)過(guò)于偏離原有軌跡，但是幅值較小使其非常容易受到信道噪音干擾。所以，混沌掩蓋技術(shù)存在著對(duì)信號(hào)噪聲過(guò)于敏感、對(duì)線路的帶寬有限制、而且保密性相對(duì)較低的缺點(diǎn)，在實(shí)際的使用中有困難。對(duì)于混沌掩蓋技術(shù)只能適應(yīng)慢變信號(hào)，其對(duì)快變以及時(shí)變信號(hào)無(wú)法很好地進(jìn)行相應(yīng)的信息處理。

2、混沌鍵控。實(shí)現(xiàn)混沌鍵控技術(shù)主要通過(guò)兩點(diǎn)進(jìn)行：一是混沌開(kāi)關(guān)鍵控――通過(guò)其發(fā)送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制發(fā)送端混沌系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，使傳送的數(shù)值在兩者值之間進(jìn)行相應(yīng)的切換，因此，可以確保信息可以被編碼在兩個(gè)混沌吸引內(nèi)，在接收端進(jìn)行設(shè)備配置時(shí)需要保證接收端與傳送端相同，并且相應(yīng)參數(shù)需要控制為固定這兩個(gè)值得其中一個(gè)。信號(hào)在進(jìn)行發(fā)送時(shí)，時(shí)間間隔內(nèi)，需要通過(guò)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)每個(gè)混沌系統(tǒng)的相對(duì)誤差，通過(guò)檢測(cè)的結(jié)果來(lái)判斷信號(hào)是否發(fā)送完成。另一個(gè)是差分混沌技術(shù)――將發(fā)送的每個(gè)信息的時(shí)間間隔分為兩段，一段時(shí)對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行傳送，另一段是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。參考的信息主要取決于發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，并且通過(guò)信號(hào)進(jìn)行有關(guān)解調(diào)，通過(guò)這一步可以實(shí)現(xiàn)接收端傳輸信號(hào)的恢復(fù)。由于差分混沌鍵控技術(shù)中，信號(hào)的沒(méi)有周期性，也就是“1”和“0”碼帶有的能量不是完全相同。因此，即便在沒(méi)有外在噪音干擾的情況下，進(jìn)行相關(guān)的結(jié)果估算依舊會(huì)出現(xiàn)誤差，這會(huì)對(duì)系統(tǒng)的誤碼性產(chǎn)生較大影響。通過(guò)將混沌調(diào)頻技術(shù)、混沌多相序技術(shù)引入到差分混沌鍵控技術(shù)中，就可以對(duì)出現(xiàn)的誤差進(jìn)行有效的解決。盡管如此，它依舊存在受到信道寬帶的相關(guān)限制。所以，很多的學(xué)者把注意力轉(zhuǎn)向高維混沌系統(tǒng)。利用高維混沌系統(tǒng)可以有效減少混沌通信保密出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題。

總結(jié)：文章通過(guò)對(duì)混沌技術(shù)的發(fā)展背景以及混沌調(diào)制保密的信號(hào)傳輸優(yōu)勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。并且通過(guò)對(duì)混沌內(nèi)涵進(jìn)行介紹之后將實(shí)現(xiàn)混沌通信的幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，希望可以在之后使用的通信保密技術(shù)中，可以起到一定的借鑒作用，促進(jìn)通信保密技術(shù)的不斷發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

混沌現(xiàn)象范文第4篇

《上海交通大學(xué)學(xué)術(shù)文庫(kù)》第一本專著《動(dòng)力系統(tǒng)的混沌化》首發(fā)式，于6月6日在上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院舉行，作者之一陳關(guān)榮教授在首發(fā)式上做了“離散混沌的產(chǎn)生及其工程應(yīng)用”的學(xué)術(shù)報(bào)告。上海交通大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)、上海交通大學(xué)出版社領(lǐng)導(dǎo)、上海交通大學(xué)211辦公室領(lǐng)導(dǎo)、上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)與師生共50余人出席了今天的首發(fā)儀式。

為了傳承交大人“敢為天下先”、攀登科學(xué)頂峰的精神，弘揚(yáng)學(xué)校教師和科研人員的研究成果，鼓勵(lì)學(xué)校教師和科研人員總結(jié)研究成果、著書(shū)立說(shuō)，上海交通大學(xué)于2003年設(shè)立“上海交通大學(xué)學(xué)術(shù)出版基金”，專門(mén)用于資助學(xué)術(shù)專著的出版。基金設(shè)有編輯委員會(huì)，由謝繩武校長(zhǎng)主持，每年評(píng)選一次，已經(jīng)有35種專著得到資助，15種已經(jīng)出版發(fā)行。

在得到學(xué)術(shù)出版基金資助的圖書(shū)中，遴選專家評(píng)價(jià)好的申請(qǐng)，在全書(shū)完成后，再次送該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)的一流專家，按照“國(guó)際知名大學(xué)”對(duì)學(xué)術(shù)成果的要求，從專著反映工作的原創(chuàng)性、前沿性、重要性和系統(tǒng)性進(jìn)行審讀，從嚴(yán)挑選，選出的圖書(shū)在經(jīng)編輯委員會(huì)表決后方能進(jìn)入《上海交通大學(xué)學(xué)術(shù)文庫(kù)》。《上海交通大學(xué)學(xué)術(shù)文庫(kù)》按照出版時(shí)間先后順序編號(hào)，《上海交通大學(xué)學(xué)術(shù)文庫(kù)》紀(jì)錄的學(xué)術(shù)成果認(rèn)為是能夠代表上海交通大學(xué)作為世界知名學(xué)府的、自主創(chuàng)新的、具有國(guó)際先進(jìn)水平的成果。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的評(píng)審過(guò)程，已經(jīng)有《動(dòng)力系統(tǒng)的混沌化》和《水彈性理論及其在超大型浮式結(jié)構(gòu)物上的應(yīng)用》兩部專著脫穎而出。

今天發(fā)行的《動(dòng)力系統(tǒng)的混沌化》是《上海交通大學(xué)學(xué)術(shù)文庫(kù)》的第一本。作者是上海交通大學(xué)教授陳關(guān)榮博士（兼職）和汪小帆博士。本書(shū)研究如何使得沒(méi)有混沌的系統(tǒng)產(chǎn)生混沌。混沌是一種廣泛存在的自然現(xiàn)象，由于長(zhǎng)期習(xí)慣于因果關(guān)系的研究，人們對(duì)于混沌現(xiàn)象缺少認(rèn)識(shí)。20世紀(jì)60年代美國(guó)麻省理工學(xué)院的勞倫茲（Lorenz）教授在用計(jì)算機(jī)對(duì)大氣變化做仿真研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，初始條件的細(xì)微變化會(huì)造成結(jié)果的巨大差別，并于70年代提出了著名的“蝴蝶效應(yīng)”，說(shuō)巴西的一只蝴蝶扇動(dòng)一下翅膀，可能會(huì)引起美國(guó)德州的一場(chǎng)風(fēng)暴。從此，混沌用于表述一種無(wú)規(guī)律的不確定現(xiàn)象。在勞倫茲提出混沌現(xiàn)象的20年內(nèi)，人們的注意力主要集中在如何消除混沌，使得因果關(guān)系變得確定。到了20世紀(jì)90年代，人們發(fā)現(xiàn)混沌并非壞事，混沌可以用很多有益的應(yīng)用，于是產(chǎn)生了混沌的反控制研究，即怎樣使一個(gè)沒(méi)有混沌的系統(tǒng)產(chǎn)生混沌。陳關(guān)榮教授將這項(xiàng)研究引入控制領(lǐng)域的首創(chuàng)者。他和他的同事在這個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展了很多卓有成果的研究，對(duì)很多系統(tǒng)建立了混沌產(chǎn)生的控制方案。本書(shū)主要是他和汪小帆教授在這個(gè)領(lǐng)域工作的總結(jié)。

混沌現(xiàn)象范文第5篇

混沌加密是利用混沌系統(tǒng)產(chǎn)生混沌序列作為密鑰序列，利用該序列對(duì)明文加密，密文經(jīng)信道傳輸，接收方用混沌同步的方法將明文信號(hào)提取出來(lái)實(shí)現(xiàn)解密。比起一般的加密技術(shù)，混沌加密更難破解，且混沌加密利用混沌系統(tǒng)對(duì)初始條件的極端敏感性和難以預(yù)測(cè)性，具有運(yùn)算速度快、保真度高、密鑰量大、安全性好以及足夠的帶寬和較強(qiáng)的實(shí)時(shí)功能，是加密領(lǐng)域的一種新方法，有著廣闊的應(yīng)用前景。

一、混沌預(yù)備知識(shí)

關(guān)于混沌的定義很多，現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論。目前，最普遍的定義是：混沌是指發(fā)生在確定性系統(tǒng)中的貌似隨機(jī)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，一個(gè)確定性理論描述的系統(tǒng)，其行為卻表現(xiàn)為不確定性――不可重復(fù)、不可預(yù)測(cè)――這就是混沌現(xiàn)象。進(jìn)一步研究表明，混沌是非線性動(dòng)力系統(tǒng)的固有特性，是非線性系統(tǒng)普遍存在的現(xiàn)象。

以上混沌系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單，只要有混沌映射的參數(shù)和初始條件就可以方便地產(chǎn)生、復(fù)制混沌序列。

二、混沌加密序列的產(chǎn)生

由文獻(xiàn)所知，低維平凡加密過(guò)程難以保障信息安全。本文即采用兩個(gè)實(shí)數(shù)值混沌映射的迭加產(chǎn)生的非平凡混沌的新序列。該新序列由Logistic映射和正弦平方映射兩映射迭加。

由此可見(jiàn)，該映射是非周期性映射，且對(duì)初值的敏感依賴，符合混沌映射的特征，可以認(rèn)為該映射為混沌映射。

三、加密算法設(shè)計(jì)

（一）算法模型分析。數(shù)據(jù)加密是為了使數(shù)據(jù)信息的傳輸和存儲(chǔ)不為本系統(tǒng)以外的人所知，而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的保密處理。加密的目的是為了隱蔽信息，不易破解。可以從用戶的輸入得到混沌映射的運(yùn)行參數(shù)，控制參數(shù)越多，無(wú)疑破解的難度越大，即密鑰的長(zhǎng)度越長(zhǎng)。獲得控制參數(shù)后，把兩個(gè)混沌映射在初始一定的次數(shù)后把它們做乘運(yùn)算得到偽隨機(jī)數(shù)列，然后取出待加密數(shù)據(jù)進(jìn)行異或運(yùn)算得到加密數(shù)據(jù)。解密是加密的逆過(guò)程。

（二）圖像加密算法

第一步：輸入密鑰M，N，確定原始圖像IR=（i，j，color）；（M>25）

第四步：將每個(gè)像素的灰度值減去加密的混沌序列形成圖像新的灰度值T＝（i）；

第五步：終止算法。

四、仿真結(jié)果及分析

在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真時(shí)，這里取算法里的M＝30，N=100，即從第一位起取正弦映射數(shù)列，隨后Logistic映射數(shù)列迭代100次后開(kāi)始輸出序列，對(duì)每一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行混合運(yùn)算后的異或運(yùn)算。

仿真結(jié)果1：對(duì)png格式的圖片文件進(jìn)行加密和解密，結(jié)果如圖2所示。（圖2）左圖為原圖片；中間圖片為加密后圖片；右邊圖片為解密后圖片。

當(dāng)密鑰取值錯(cuò)誤時(shí)解密后將得不到原圖，如將密鑰N=100改成N=101，將得到圖3。（圖3）左圖為原圖片；中間圖片為加密后圖片；右邊圖片為解密后圖片。

仿真結(jié)果2：明文：Welcome to Southern Yangtze University. 密文及解密數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。（圖4）其中，c表示加密后數(shù)據(jù)；d表示解密后數(shù)據(jù)。

當(dāng)密鑰取值錯(cuò)誤時(shí)解密后將得不到原文本，如將密鑰N=100改成N=101，將得到圖5。（圖5）其中，c表示加密后數(shù)據(jù)；e表示解密后數(shù)據(jù)。

上述仿真結(jié)果表明，該算法具有很好的保密性，較難破譯。

五、算法分析

該算法具有很好的保密性，且較難破譯。混沌加密產(chǎn)生的偽隨機(jī)流具有很好的隨機(jī)性，且復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩種單一混沌映射加密的復(fù)雜性之和。且由于混沌參數(shù)對(duì)初值的敏感性，即使有很小的值的變化，也會(huì)得到迥異的結(jié)果。本算法得到的偽隨機(jī)數(shù)列，改進(jìn)了由于計(jì)算機(jī)精度使混沌序列為周期序列的過(guò)程，更加適合產(chǎn)生長(zhǎng)周期的偽隨機(jī)數(shù)列。

該加密算法在加密圖像時(shí)，由于涉及到各個(gè)像素灰度值的更改，每次更改的迭代次數(shù)為N次，勢(shì)必增加對(duì)系統(tǒng)的資源的利用，延長(zhǎng)加密所需要的時(shí)間。