專利名稱：基于混沌映射的隨機信號產(chǎn)生方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于隨機信號源技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于混沌映射的隨機信號產(chǎn)生方法及其電路。
背景技術(shù)：
隨機信號在雷達系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號處理等各種領(lǐng)域都有比較廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的隨機信號發(fā)生器有模擬和數(shù)字兩種方式，模擬方式主要把器件熱噪聲放大，并通過濾波得到想要的噪聲信號，這種噪聲通常為高斯噪聲，難以生成其他概率分布的噪聲信號。數(shù)字方式也是通常使用兩種方式，一種是利用計算機按照一系列復(fù)雜算法進行運算，產(chǎn)生給定概率分布的隨機信號，這種方式運算量巨大，不適合實時場合；另一種方式是通過移位寄存器生成均分布的隨機數(shù)，并作為地址查表生成服從指定概率分布的隨機信號，這種方法的缺點是只有在移位寄存器產(chǎn)生的偽隨機數(shù)為0、1序列時，即精度為1bit時，其自相關(guān)函數(shù)才近似δ函數(shù)，如果所用偽隨機數(shù)精度高于1bit，則自相關(guān)函數(shù)不為δ函數(shù)，不能模擬白噪聲。
針對現(xiàn)存問題，本發(fā)明設(shè)計了一種能產(chǎn)生自相關(guān)函數(shù)為δ函數(shù)的隨機信號發(fā)生器，隨機信號的周期較長，易于實現(xiàn)，帶寬和概率密度分布任意可控，且速度較快，可實時產(chǎn)生隨機信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于混沌映射的隨機信號產(chǎn)生方法及其電路。
本發(fā)明是產(chǎn)生服從任意概率密度分布的隨機信號的方法。
在本發(fā)明的混沌序列發(fā)生器中，混沌序列是通過下面的映射關(guān)系迭代生成xn+1=f(xn)=Σl=0r-1g(xn-l/r)]]>其中r為常數(shù)，r＝2k-1，k為自然數(shù)；g(x)＝1-u|0.5-rx|，0≤x≤1/r，u＝2-δ，0＜δ≤10-3。g(x)也可用另外一個公式迭代關(guān)系，函數(shù)g(x)＝u|0.5-rx|，0≤x≤1/r，u＝2-δ，0＜δ≤10-3，g(x)的兩種算法任選其一即可。在操作中根據(jù)實際情況選定r值，可得到一個從區(qū)間
到其自身的映射，特別地，r＝1時為常見的Tent映射。也可以通過下面的映射關(guān)系生成選定初值X0后，通過迭代運算得到均勻分布在區(qū)間
上的混沌序列，序列的自相關(guān)函數(shù)為δ函數(shù)。其中關(guān)鍵的一點是迭代函數(shù)f(x)為分段線性函數(shù)，各段斜率絕對值相等，f(x)以定義域的中線為軸左右對稱。即，如果定義域中線為x＝t，則有f(t+x)＝f(t-x)。
在本發(fā)明中的概率密度轉(zhuǎn)換函數(shù)表按照下面的方式制作對于某個給定的概率密度分布函數(shù)，對其自變量進行量化，假設(shè)量化為N個間隔，則量化后的自變量為Y1、Y2、…、YN，然后根據(jù)概率密度函數(shù)計算出隨機變量在每個間隔上出現(xiàn)的概率，得P1、P2、…、PN，顯然∑Pi＝1。如果概率密度函數(shù)轉(zhuǎn)換表長度為M，則把表分為N段，第i段長度為MPi，其中存放的數(shù)據(jù)值為Yi，這樣就得到概率密度函數(shù)轉(zhuǎn)換表，N取得越大，轉(zhuǎn)換精度越高。
將混沌序列產(chǎn)生器中產(chǎn)生的序列值都乘以M，作為地址信號送入概率密度轉(zhuǎn)換器(5)，通過查表得到服從指定概率密度分布的數(shù)字隨機信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)和濾波器(3)后最終得到服從指定概率密度分布的模擬隨機信號。
本發(fā)明的優(yōu)點是產(chǎn)生的隨機信號的自相關(guān)函數(shù)為δ函數(shù)，為白噪聲；隨機信號的周期理論上為無限長，在運用中由于數(shù)據(jù)類型精度的限制，周期變?yōu)橛邢?，但精度越高，周期越長；由于迭代運算比較簡單，運算量小，適合運用于實時場合。


圖1是本發(fā)明基于混沌映射的隨機信號產(chǎn)生電路。
具體實施例方式
本發(fā)明的設(shè)計方案如圖1所示，其中1是CPU(中央處理器)，可用DSP(數(shù)字信號處理器)或FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)實現(xiàn)，2是數(shù)模轉(zhuǎn)換器，3是濾波器。其中1又分為混沌序列產(chǎn)生器4和概率密度轉(zhuǎn)換器5。先在混沌序列產(chǎn)生器(4)進行混沌迭代運算產(chǎn)生均勻分布的混沌序列，把混沌序列的數(shù)值乘以概率密度轉(zhuǎn)換函數(shù)表的大小，乘積作為地址信號送入概率密度轉(zhuǎn)換器(5)進行查表，概率密度轉(zhuǎn)換器內(nèi)存有預(yù)先設(shè)計好的概率密度轉(zhuǎn)換函數(shù)表，查表得到服從指定概率密度分布的隨機信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)和濾波器(3)轉(zhuǎn)化為模擬隨機信號，且服從指定的概率密度分布。
基于混沌映射的隨機信號產(chǎn)生電路，由數(shù)字信號處理器(1)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)，濾波器(3)組成，其特征在于，數(shù)字信號處理器(1)連接于數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)連接于濾波器(3)，數(shù)字信號處理器(1)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)、濾波器(3)依次串聯(lián)。
基于混沌映射的隨機信號產(chǎn)生電路，其中，數(shù)字信號處理器(1)也可用現(xiàn)場可編程門陣列。
數(shù)字信號處理器(1)或現(xiàn)場可編程門陣列包括混沌序列產(chǎn)生器(4)，進行混沌迭代運算產(chǎn)生均勻分布的混沌序列，概率密度轉(zhuǎn)換器(5)內(nèi)存有預(yù)先設(shè)計好的概率密度轉(zhuǎn)換函數(shù)表，查表得到服從指定概率密度分布的隨機信號。
本發(fā)明的一個典型應(yīng)用實例是取r＝1，即Tent映射產(chǎn)生混沌序列，并制作將均勻分布轉(zhuǎn)換為高斯分布的概率密度函數(shù)轉(zhuǎn)換表，表的長度為8192，將取值在
中的混沌序列值乘以8192后作為地址查表得到高斯白噪聲信號。按照上述方法可以產(chǎn)生其他服從任意概率密度分布的隨機信號。
權(quán)利要求
1.一種使用混沌映射產(chǎn)生服從任意概率密度分布隨機信號的方法，其特征是，使用混沌序列發(fā)生器(4)生成均勻分布的混沌序列，把混沌序列的數(shù)值乘以概率密度轉(zhuǎn)換函數(shù)表的大小，乘積作為地址信號送入概率密度轉(zhuǎn)換器(5)進行查表，得到服從指定概率密度分布的數(shù)字隨機信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)和濾波器(3)轉(zhuǎn)化為模擬隨機信號，且服從指定的概率密度分布。
2.按照權(quán)利要求1所述的使用混沌映射產(chǎn)生服從任意概率密度分布隨機信號的方法，其特征是，在混沌序列發(fā)生器，混沌序列通過下式迭代產(chǎn)生xn+1=f(xn)=Σl=0g(xn-l/r)]]>其中r為常數(shù)，r＝2k-1，k為自然數(shù)；g(x)＝1-u|0.5-rx|，0≤x≤1/r，u＝2-δ，0＜δ≤10-3。
3.按照權(quán)利要求2所述的使用混沌映射產(chǎn)生服從任意概率密度分布隨機信號的方法，其特征是，迭代關(guān)系，函數(shù)g(x)也可以用公式g(x)＝u|0.5-rx|，0≤x≤1/r，u＝2-δ，0＜δ≤10-3。
4.按照權(quán)利要求1或2或3所述的使用混沌映射產(chǎn)生服從任意概率密度分布隨機信號的方法，其特征是，在混沌序列發(fā)生器，迭代函數(shù)f(x)為分段線性函數(shù)，各段斜率絕對值相等，f(x)以定義域的中線為軸左右對稱。
5.按照權(quán)利1所述的使用混沌映射產(chǎn)生服從任意概率密度分布隨機信號的方法，其特征是，概率密度函數(shù)轉(zhuǎn)換器，對于給定的概率密度分布函數(shù)，對其自變量量化為N個間隔，則量化后的自變量為Y1、Y2、...、YN，然后根據(jù)概率密度函數(shù)計算出隨機變量在每個間隔上出現(xiàn)的概率，得P1、P2、...、PN，如果概率密度函數(shù)轉(zhuǎn)換表長度為M，則把表分為N段，第i段長度為MPi，其中存放的數(shù)據(jù)值為Yi。
6.一種基于混沌映射的隨機信號產(chǎn)生電路，由數(shù)字信號處理器(1)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)，濾波器(3)組成，其特征在于，數(shù)字信號處理器(1)連接于數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)連接于濾波器(3)，數(shù)字信號處理器(1)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)、濾波器(3)依次串聯(lián)。
7.按照權(quán)利要求6的基于混沌映射的隨機信號產(chǎn)生電路，數(shù)字信號處理器(1)也可用現(xiàn)場可編程門陣列。
8.按照權(quán)利要求6或7的基于混沌映射的隨機信號產(chǎn)生電路，數(shù)字信號處理器(1)或現(xiàn)場可編程門陣列包括混沌序列產(chǎn)生器(4)，進行混沌迭代運算產(chǎn)生均勻分布的混沌序列，概率密度轉(zhuǎn)換器(5)內(nèi)存有預(yù)先設(shè)計好的概率密度轉(zhuǎn)換函數(shù)表，查表得到服從指定概率密度分布的隨機信號。
全文摘要
本發(fā)明屬于隨機信號源技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于混沌映射的隨機信號產(chǎn)生方法。方法是，使用混沌序列發(fā)生器(4)生成均勻分布的混沌序列，把混沌序列的數(shù)值乘以概率密度轉(zhuǎn)換函數(shù)表的大小，乘積作為地址信號送入概率密度轉(zhuǎn)換器(5)進行查表，得到服從指定概率密度分布的數(shù)字隨機信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)和濾波器(3)轉(zhuǎn)化為模擬隨機信號，且服從指定的概率密度分布。電路包括數(shù)字信號處理器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，濾波器。
文檔編號G06F1/03GK1790222SQ20041009895
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者丁凱, 楊汝良 申請人:中國科學院電子學研究所