摘要
1971年，蔡少棠首次提出忆阻器的概念，并于2008年由惠普实验室制作出了实物模型。忆阻器是一种纳米级尺寸的非线性电路基本元件，具有尺寸小、速度快、低功耗、高集成度等优点。忆阻器的发现为电子工程、保密通信、混沌电路、人工神经网络等工程应用领域的研究和发展开辟了新的道路。电力系统输、配电网是国家的重要设施，随着科技的不断进步，电力系统逐渐向着智能化方向发展。无人机自主巡检输电线路代替了传统的人工巡检方式，在保证了人身安全的同时也缩短了巡检周期，但巡检的图片等数据在传输的过程中可能会受到窃取、篡改和攻击等危险。因此，对传输的图片数据进行加密处理具有重要的意义。 基于此背景，本文构建了两个忆阻混沌系统，分别对两个系统进行仿真分析，并且基于构建的两个系统设计了两种图像加密算法。具体工作总结如下: (1)构建了两个基于三次非线性磁控忆阻器的忆阻混沌系统。 首先，对所选用的磁控忆阻器进行实验，研究其伏安特性曲线。其次，基于此忆阻器构建了一个四维忆阻混沌系统和一个五维忆阻混沌系统。通过分岔图、Lyapunov指数谱和Poincaré映射等分析方法对两个系统进行研究。研究发现四维忆阻混沌系统具有线平衡点，并且吸引子类型极其依赖忆阻内部参数和忆阻强度的变化;五维忆阻混沌系统具有依赖于忆阻初始条件变化的超级多稳态现象。分析表明，两个系统都具有复杂的动力学行为。 (2)对构建的两个忆阻混沌系统进行仿真和实现。 在Multisim平台对四维忆阻混沌系统进行模块化电路设计，根据搭建的电路进行仿真和调试，实验结果和仿真结果一致，验证了系统的正确性。基于现场可编程门阵列(FPGA)技术，实现了五维忆阻混沌系统的数字电路，在示波器上捕捉到的相图与数值仿真一致，验证了系统的可实现性。 (3)基于构建的两个忆阻混沌系统，设计了两种图像加密算法。 首先，设计了一个基于四维忆阻混沌系统和动态DNA编码技术与压缩感知技术相结合的图像加密算法，提出了基于密钥流生成机制的伪随机序列，该机制对纯图像和四维忆阻混沌系统非常敏感。其次，设计了一个基于五维忆组混沌系统和压缩感知技术的图像加密算法，使用DCT变换将图像信号稀疏化,利用混沌系统构造测量矩阵，应用测量值进行加密。最后，经过安全性分析表明，两种加密方案均具有良好的加密效果，适用于对电力系统图像数据的加密。
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