1.一种超混沌电路系统的优化装置,其特征在于,包括:
输入模块,用于接收用户输入的超混沌动力学初始系统参数和元件容差初始范围;
超混沌数字电路建模模块,包括非线性动力学单元和元件参数容差计算单元;所述非线性动力学单元基于条件对称原理,构建含单线性项的四维超混沌系统模型,引入忆阻器作为非线性反馈元件,用于生成超混沌系统方程确定可调参数;所述元件参数容差计算单元用于通过蒙特卡洛仿真分析元件参数波动对Lyapunov指数的影响,定义系统参数优化范围;
性能指标计算模块,所述性能指标计算模块包括Lyapunov指数计算单元和抗干扰强度计算单元;所述Lyapunov指数计算单元用于基于超混沌数字仿真电路通过数值偏导求解超混沌电路系统的状态微分方程,通过生成的雅可比矩阵计算Lyapunov指数;所述抗干扰强度计算单元用于根据所述Lyapunov指数计算单元在所述超混沌数字仿真电路去噪和未去噪两种情况下输出的所述Lyapunov指数,计算抗干扰强度指标;
系统参数优化模块,包括灰狼优化算法单元和超混沌特性验证单元;所述灰狼优化算法单元用于根据所述输入模块发送的初始系统参数生成初始种群,通过所述性能指标计算模块提供的性能指标计算系统参数种群的适应度值,基于灰狼优化算法搜索机制寻找收敛的系统参数;所述超混沌特性验证单元用于根据输入模块发送的所述元件容差初始范围,对收敛后的参数进行超混沌特性验证,若不满足超混沌条件,则将该参数返回给所述灰狼优化算法单元重新优化;
输出模块,用于输出满足超混沌特性在元件容差范围内稳定的最优系统参数。
2.根据权利要求1所述的一种超混沌电路系统的优化装置,其特征在于,所述输入模块中,所述超混沌动力学初始系统参数 ,记为 ,其中 表示第i个系统参数的初始值;所述元件容差初始范围 ,记为 ,其中 表示第j个元件的容差初始范围;所述输入模块的输入还包括灰狼优化算法的种群规模N和最大迭代次数E。
3.根据权利要求1所述的一种超混沌电路系统的优化装置,其特征在于,所述超混沌数字电路建模模块中,通过所述超混沌系统方程确定系统参数a、b、c、d、e,所述四维超混沌系统模型由以下微分方程描述:式中,、、、分别表示四维超混沌电路的各路独立电压源关于时间t进行求导,a、b、c、d、e分别表示超混沌动力学系统的线性耦合强度、非线性反馈项强度、阻尼系数、第四维度的反馈增益和非线性交叉项。
4.根据权利要求1所述的一种超混沌电路系统的优化装置,其特征在于,所述超混沌数字电路建模模块中,通过蒙特卡洛仿真分析元件参数波动定义参数优化范围的方法如下:基于所述四维超混沌系统模型,按预设分布设定所述系统参数的波动范围;
通过蒙特卡洛仿真方法生成预设数量的系统参数样本,逐个计算所述系统参数样本对应的Lyapunov指数,统计计算结果的分布特征;
观察Lyapunov指数分布随所述系统参数波动变化规律,通过约束所述系统参数波动区间确定使Lyapunov指数稳定时的阈值。
5.根据权利要求1所述的一种超混沌电路系统的优化装置,其特征在于,所述性能指标计算模块中,所述Lyapunov指数的计算方法如下:基于超混沌数字仿真电路通过数值偏导求解超混沌电路系统的状态微分方程;
其中,所述超混沌电路系统的状态微分方程如下:
式中,x表示四维超混沌电路中任一路的独立电压源;
对所述超混沌电路系统的状态微分方程求偏导,构建雅各比矩阵 ;
其中,所述雅各比矩阵 的表达式如下:
式中, 表示雅各比矩阵中第i行第j列的元素;
对雅各比矩阵 、 、……、 进行QR分解正交化;
根据雅各比矩阵QR分解后的正交基向量计算Lyapunov指数;
其中,所述Lyapunov指数 的计算公式如下:
式中, 表示雅各比矩阵QR分解后的正交基向量。
6.根据权利要求1所述的一种超混沌电路系统的优化装置,其特征在于,所述性能指标计算模块中,对所述超混沌数字仿真电路采集的噪声数据添加噪声S,分别计算Lyapunov指数计算单元在所述超混沌数字仿真电路去噪和未去噪两种情况下输出的所述Lyapunov指数;所述抗干扰强度指标 计算公式如下:式中, 表示所述Lyapunov指数计算单元在去噪情况下输出的所述Lyapunov指数, 表示所述Lyapunov指数计算单元在不去噪情况下输出的所述Lyapunov指数; 、 分别表示所述四维超混沌电路的信号功率和噪声功率。
7.根据权利要求1所述的一种超混沌电路系统的优化装置,其特征在于,所述系统参数优化模块中,所述灰狼优化算法单元根据所述输入模块发送的初始系统参数进行参数寻优的步骤如下:根据所述初始系统参数构建灰狼种群G,每只灰狼代表一组所述超混沌电路系统参数;
根据所述Lyapunov指数和抗干扰强度指标M构建适应度函数F;
根据灰狼个体的等级制度和搜索机制,更新灰狼种群中个体的位置直至最大迭代次数,通过最优、次优、第三优灰狼的位置计算最佳的所述超混沌电路系统参数;
根据输入模块发送的所述元件容差初始范围,对最佳的所述超混沌电路系统参数进行超混沌特性验证;
若不满足超混沌条件,则将该系统参数返回给所述灰狼优化算法单元重新优化。
8.根据权利要求7所述的一种超混沌电路系统的优化装置,其特征在于,所述适应度函数F的计算公式如下:式中,表示第i组所述超混沌电路系统参数, 、 为权重系数。
9.根据权利要求7所述的一种超混沌电路系统的优化装置,其特征在于,所述灰狼种群中个体更新公式如下:式中, 、 、 分别表示最优、次优、第三优灰狼的位置, 、 分别表示第i轮和第i+1轮狼群个体的位置, 、 分别表示随机参数向量。
10.根据权利要求7所述的一种超混沌电路系统的优化装置,其特征在于,所述超混沌特性验证单元中,所述超混沌条件为:超混沌电路系统至少有一个正值的Lyapunov指数。