基于FPGA的混沌信号保密通信平台的设计

• 学特性、和奇异吸引子。在此基础上介绍了混沌电路的模块化通用设计方法与硬件实现。

• 了解可编程门阵列（FPGA），然后深入学习FPGA硬件本身的结构和特性，以及他们的应用。

• 基于FPGA平台的Lorenz混沌吸引子的产生

在FPGA平台上实现混沌保密通信系统的课题中，首要的任务是能够在FPGA芯片中产生符合通信系统要求的混沌信号，即Lorenz混沌吸引子。本文选用的FPGA目标板的主芯片为XILINX公司的Spartan-6系列芯片。

• 基于FPGA平台的混沌有线语音保密通信的实现

由于之前的FPGA开发板是“裸板”，只有电源和JTAG下载口，没有外围设备，故此要使产生的混沌吸引子能在示波器上显示出来，还要增加外围D/A、A/D等设备。如何利用语音芯片内部的D/A把混沌吸引子在示波器上显示出来是本文的一个重点，要实现通信，那么通讯接口的代码编写也是本项目的一个技术问题。

本项目最大的特色在于突破以前用模拟电路产生混沌吸引子的传统方法，提出一种实现基于FPGA平台和EDA开发工具来产生混沌吸引子的新方法，并完成了语音保密通信的软硬件设计。

3.2研究目标

本项目的主要研究目标是构建基于FPGA的混沌信号保密通讯平台，为混沌系统在信息安全中的应用奠定硬件基础和提供实验依据。

4、项目可行性分析：

4.1研究基础

在混沌系统的硬件电路设计与实现方面做了必要的前期研究工作。采用分立元件，设计并实现了简化统一混沌系统电路。通过调节电路中的可变电阻，观察到了该系统的极限环、叉式分岔、倍周期分岔和混沌，以及由倍周期分岔而进入混沌的道路等动力学现象。电路实现研究表明，简化统一混沌系统具有物理可实现性，丰富的动力学特性和理论分析与实验结果的一致性。在硬件电路的制作过程中，掌握了印刷电路板的画图技巧，了解了实验室制作PCB板的全套技术，积累了焊接和调试硬件电路的经验。

4.2现有条件

课题组拥有75m²专用研究室1间，中档微机12台，并经专线与Internet连接，备有仿真软件多套。逻辑分析仪（15万）和频谱分析仪（17万）各一台，可以开展相关科学研究的实验室多个：（1）一个嵌入式系统实验室，投资10万，可进行FPGA 的实验与开发研究。（2） 一个通信原理与技术实验室，投资20万，可进行混沌系统方面的实验与性能测试。

4.3存在问题及解决方法

1. 从混沌保密通讯的研究来看，其根本的问题就是采用什么样的方法将混沌信号应用于保密通讯中。混沌信号的非周期性连续宽带频谱，类似噪声的特性，使它具天然的隐蔽性。另外，混沌系统对初始值具有极其敏感的依赖性，初始状态有微小差别的两个混沌系统经历较短时间后会产生两组完全不同的、互不相关的混沌序列值。经过一定处理后的混沌信号具有非常大的周期和优良的随机性。这使混沌信号具有长期不可预测性和抗截获能力。这些特性都特别适用于保密通信，这为混沌信号保密通讯奠定了理论基础。

2. 在混沌信号保密通讯系统的硬件设计与实现方面，基于分立元器件的混沌保密系统的电路设计与实现已有文献报道，而基于FPGA的混沌保密系统的硬件电路实现是困难的，目前的研究也很少，但随着微电子技术的发展，将混沌保密系统的数值计算程序转换成VHDL硬件描述语言，然后下载到FPGA最小系统模块上，对构建混沌保密系统并开展在保密通信中的应用，则不存在技术障碍。

3. 综上所述，如期完成本项目的研究内容，从理论和技术上来说没有太大的困难，此外，课题组在资金不足的条件下，已取得了一些重要进展。从理论水平、研究能力和工作效率方面，课题组完全有能力承担这一项目，并取得预期的研究成果。