Способ определения управляющего параметра алгоритма формирования хаотической числовой последовательности

Способ определения управляющего параметра алгоритма формирования хаотической числовой последовательности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области информационных технологий в радиотехнике, позволяет определить значение управляющего параметра алгоритма формирования хаотической последовательности чисел {х_n} при условии, что этот алгоритм построен на основе разностного уравнения и имеет вид, например:

где n - номер числа последовательности (дискретное время); N+1 - количество чисел последовательности, включая начальное; С_i - управляющий параметр (элемент алфавита информационных символов), принимающий для i=1, 2, 3,...,m значения 3, 4, 5,...,C_m соответственно.

Известен способ определения управляющего параметра алгоритма формирования хаотической числовой последовательности с помощью дискриминантной процедуры для обработки числовой хаотической последовательности [1]. В этом способе принятую хаотическую числовую последовательность преобразуют на приемной стороне хаотической системой. Преобразование в этой системе осуществляют с помощью нелинейной функции, идентичной по виду функции, используемой на передающей стороне, но зависящей также от параметра, формируемого в блоке дополнительной обработки мгновенных значений дискриминационной функции [1, стр.52, рис.6]. Этот блок предназначен для формирования оценки рассогласования значений управляющего параметра на передающей и приемной сторонах [1, стр.51]. Использование процедуры формирования оценки рассогласования значений управляющего параметра повышает точность определения изменений этого параметра, однако требует применения дополнительного канала обратной связи, который может привести к неустойчивой работе системы и накоплению ошибок.

Известен и другой способ обработки хаотической последовательности чисел с целью определить значение управляющего параметра алгоритма передатчика в бинарной системе передачи данных, опубликованный в [2, стр.146 и рис.1 на стр.147], где приведена структурная схема обработки хаотической последовательности, сформированной в передатчике по алгоритму, исследованному в [3, стр.18]. Принятую последовательность в каждом из двух каналов обработки подвергают сложению (вычитанию) с опорной последовательностью. Опорную последовательность формируют по тому же алгоритму, который использован в передатчике. Способ сравнительно прост при двоичной передаче информации и требует два канала обработки, однако количество каналов обработки принятой хаотической последовательности при многопозиционной m-ичной дискретной передаче данных возрастает и должно быть равным m, что приводит к усложнению системы и, следовательно, увеличению затрат машинного времени.

В способе передачи данных с переключением хаотических режимов передатчика, опубликованном в [4], в случае m-ичной передачи информации принятую хаотическую числовую последовательность преобразуют с помощью хаотической системы, и последовательность, формируемую на выходе этой системы, складывают с принятой последовательностью. При этом для каждого значения управляющего параметра, используемого на передающей стороне, на приемной стороне должен быть создан отдельный канал. На выходах каналов формируют ошибки, и переданный элемент алфавита определяют по номеру канала, ошибка в котором минимальна [4, стр.39 и рис.12 на стр.40]. Этот способ сравнительно прост, однако, как и в предыдущем аналоге, число каналов приема значительно увеличивается с ростом объема алфавита информационных символов - количества значений управляющего параметра алгоритма передатчика.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения управляющего параметра хаотической числовой последовательности, сформированной с помощью исходной хаотической системы с алгоритмом, построенным на основе разностного уравнения, описанный в [4] и заключающийся в следующем. При m-ичной передаче данных в каждом канале приема, соответствующем определенному символу алфавита, принятую хаотическую числовую последовательность преобразуют с помощью хаотической системы, идентичной хаотической системе, использованной на приемной стороне. Числовую последовательность, полученную на выходе этой системы, суммируют с принятой последовательностью. На выходе сумматора формируют ошибку канала приема. Значение управляющего параметра алгоритма формирования передаваемой хаотической числовой последовательности определяют по номеру канала, ошибка в котором минимальна. Этот способ сравнительно прост, однако с ростом количества элементов алфавита информационных символов (значений управляющего параметра алгоритма передатчика) реализация способа существенно усложняется, т.к. потребуется увеличение количества приемных каналов.

Задачей изобретения является определение управляющего параметра алгоритма формирования переданной хаотической числовой последовательности при многопозиционной передаче данных без увеличения количества каналов обработки принятой хаотической числовой последовательности.

В изобретении достигается следующий технический результат: способ позволяет, используя лишь один канал приема, определять не менее восьми значений управляющего параметра алгоритма формирования хаотической последовательности на передающей стороне без увеличения количества каналов приема и без снижения быстродействия.

Указанный технический результат в изобретении достигается благодаря тому, что в способе определения управляющего параметра алгоритма формирования хаотической числовой последовательности, основанного на использовании разностного уравнения, заключающемся в том, что переданную хаотическую последовательность чисел, сформированную с помощью исходной хаотической системы, при приеме преобразуют с помощью аналогичной хаотической системы в хаотическую последовательность чисел, которую суммируют с принятой последовательностью, перед суммированием принятую хаотическую числовую последовательность задерживают на время формирования числа в аналогичной хаотической системе, а в качестве алгоритма преобразования чисел в хаотической системе используют алгоритм, аналогичный исходному и осуществляющий формирование маркированной хаотической последовательности чисел, вычисляют текущую дисперсию последовательности чисел, полученной после суммирования, и по минимуму текущей дисперсии определяют величину управляющего параметра алгоритма формирования принятой последовательности.

Согласно п.2 формулы изобретения при передаче генерируют хаотическую числовую последовательность, используя алгоритм:

где n - номер числа последовательности (дискретное время); N+1 - количество чисел последовательности, включая начальное; С_i - управляющий параметр (элемент алфавита информационных символов), принимающий для i=1, 2, 3,...,m значения 3, 4, 5,...,C_m соответственно,

а в аналогичной хаотической системе при приеме осуществляют преобразование чисел по алгоритму:

где k=(C_в-C_н)/N,

С_н - нижняя граница диапазона изменений управляющего параметра алгоритма хаотической системы, удовлетворяющая условию 2≤С_н<С₁,

С_в - верхняя граница этого диапазона, удовлетворяющая условию С_в<С_m.

Таким образом, технический результат в способе достигается за счет обеспечения возможности для преобразования принятой хаотической последовательности применить в хаотической системе на приемной стороне алгоритм формирования маркированной хаотической последовательности, что позволяет использовать только один канал обработки по сравнению с прототипом и аналогами.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где:

- на Фиг.1 изображена блок-схема приемного устройства, с помощью которого реализуется способ;

- на Фиг.2 представлен алгоритм моделирования процессов, происходящих в приемном устройстве;

- на Фиг.3а изображен график принятой хаотической числовой последовательности (последовательности на входе) для случая i=1, а на Фиг.3.б показана последовательность, наблюдаемая в этом случае на выходе сумматора;

- на Фиг.4а-е показаны графики последовательностей, наблюдаемых на выходе сумматора при i=2, 3, 5, 7, 8, 9;

- на Фиг.5 изображен сигнал, наблюдаемый на выходе блока вычисления текущей дисперсии в случае i=1.

Для наглядности на графиках соседние числа хаотических последовательностей соединены между собой непрерывными линиями.

Способ осуществляется следующим образом. Переданная хаотическая числовая последовательность конечной длины, имеющая вид:

(Фиг.3а, где N=1000, i=1), поступает на вход аналогичной хаотической системы 1 (Фиг.1) приемника, а также через блок задержки 2 на первый вход сумматора 3. На второй вход сумматора 3 подается числовая последовательность, преобразованная в аналогичной хаотической системе 1 к виду [5]:

Так как в правую часть этого разностного уравнения в явном виде входит дискретное время n, то преобразованная последовательность является маркированной. Задержанную в блоке 2 на время формирования числа в хаотической системе 1 принятую последовательность и сформированную в блоке 1 маркированную последовательность суммируют в блоке 3. Поскольку, в силу тригонометрического тождества, sin²х+cos²x=1, при приближении величины С_н+kn к значению управляющего параметра С_i элементы хаотической числовой последовательности на выходе сумматора будут стремиться к единице (Фиг.3б, где по оси абсцисс отложена величина управляющего параметра, поскольку в алгоритме аналогичной хаотической системы управляющий параметр линейно зависит от текущего дискретного времени), а ее текущая дисперсия - к нулю (Фиг.5). Последовательность чисел с выхода сумматора поступает на вход блока вычисления текущей дисперсии 4. В блоке 4 вычисляют временную зависимость текущей дисперсии выходного сигнала сумматора 3. Сигнал с выхода блока 4 подается на вход блока принятия решений 5, работа которого может быть основана, например, на критерии Пейджа-Хинкли [6, стр.19, 24, рис.1.1]. На выходе блока 5 формируется значение измеряемого управляющего параметра по абсолютному минимуму текущей дисперсии (Фиг.2). После подсчета всех N элементов принятой последовательности можно осуществить сброс и перевести вычислители в исходное состояние для обработки следующей посылки из N элементов. Реализация способа не требует больших затрат машинного времени и осуществима на базе современной вычислительной техники.

Проведено компьютерное моделирование предлагаемого способа, в ходе которого было доказано, что данный способ обеспечивает определение значений управляющего параметра (элемента алфавита информационных символов) в диапазоне значений от 3 до 11. Для других значений управляющего параметра С_i на Фиг.4а-е приведены графики числовых хаотических последовательностей на выходе сумматора 3 в случае N=5000, С_н=2, С_в=12 для С₂=4, С₃=5, C₅=7, C₇=9, C₈=10, C₉=11 соответственно. Таким образом, описанная процедура преобразования принятой хаотической числовой последовательности в маркированную хаотическую числовую последовательность позволяет достичь технического результата способа.

Источники информации

1. Капранов М.В., Кулешов В.Н., Ларионова М.В., Морозов А.Г., Удалов Н.Н. Свойства систем передачи информации с манипуляцией параметрами и начальными условиями генераторов хаотических колебаний // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 2000, №11. - C.48-60.

2. Беспалов Е.С., Мусянков М.И., Родичев П.В. Передача данных в последовательности случайных чисел. В кн.: 3-я Международная конференция и выставка «Цифровая обработка сигналов и ее применение». Доклады-2. - М.: ИПРЖР, 2000. - С.145-147.

3. Заславский Г.М. Статистическая необратимость в нелинейных системах. - М.: Наука, 1970. - 144 с.

4. Хаслер М. Достижения в области передачи информации с использованием хаоса//Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 1998, №11. - С.33-43.

5. Беспалов Е.С. Способ маркирования дискретных числовых последовательностей для исследования режимов динамических систем // Измерительная техника, 2003, №8. - С.30-32.

6. Обнаружение изменения свойств сигналов и динамических систем: пер. с англ. / М.Бассвиль, А.Вилски, А.Банвенист и др. Под. ред. М.Бассвиль, А.Банвениста. - М.: Мир, 1989. - 278 с.

1. Способ определения управляющего параметра алгоритма формирования хаотической числовой последовательности при приеме многопозиционнных данных, заключающийся в том, что переданную хаотическую последовательность чисел, сформированную с помощью исходной хаотической системы, при приеме преобразуют с помощью аналогичной хаотической системы в хаотическую последовательность чисел, которую суммируют с принятой последовательностью, отличающийся тем, что перед суммированием принятую хаотическую числовую последовательность задерживают на время формирования числа в аналогичной хаотической системе, а в качестве алгоритма преобразования чисел в хаотической системе используют алгоритм, аналогичный исходному и осуществляющий формирование маркированной хаотической последовательности чисел, вычисляют текущую дисперсию последовательности чисел, полученной после суммирования, и по минимуму текущей дисперсии определяют величину управляющего параметра алгоритма формирования принятой последовательности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при передаче генерируют хаотическую числовую последовательность, используя алгоритм:

где n - номер числа последовательности (дискретное время), N+1 - количество чисел последовательности, включая начальное, C_i - управляющий параметр (элемент алфавита информационных символов), принимающий для i=1, 2, 3,...,m значения 3, 4, 5,...,C_m соответственно, а в аналогичной хаотической системе при приеме осуществляют преобразование чисел по алгоритму:

где k=(C_в-C_н)/N,

С_н - нижняя граница диапазона изменений управляющего параметра алгоритма хаотической системы, удовлетворяющая условию 2≤С_н<С₁, С_в - верхняя граница этого диапазона, удовлетворяющая условию С_в<С_m.