1.4 混沌同步理论及应用展望

混沌同步控制理论的不断成熟为混沌在通信中的应用提供了坚实的理论基础，尽管混沌同步领域已经取得了一些研究成果，但仍存在许多问题有待于深入研究和解决。

1.混沌同步理论面临的问题

（1）采样控制系统的研究

随着数字电路技术的普及，数字电路已在通信系统中逐渐取代模拟电路。由于计算机（数字电路）具有计算速度快、数据可操作性好、成本低、稳定性高等优点，采用计算机实现混沌系统的同步控制可以极大地减少驱动系统和响应系统保密信息的处理时间，增加带宽的利用率，这样，基于采样数据的混沌同步方案的研究十分必要。

（2）混沌系统存在不确定及干扰问题的研究

由于在实际工程中，很难得到动力学系统的精确模型，许多动力学模型具有结构和参数的不确定性，工况的运行，周围环境如温度变化、电压波动等的变化都可能会引起混沌电路参数的波动，从而影响控制系统的动静态性能，甚至会导致控制系统不稳定，因此设计控制器使得系统对于各种形式的不确定具有鲁棒性是有待解决的一大问题。

另外，在实际的混沌系统中，外部电磁波信号的扰动作用、噪声干扰、信道失真等都可能对混沌系统产生极大的负面影响，所以研究具有外部扰动的混沌系统的鲁棒同步控制具有十分重要的意义。

（3）时滞混沌系统的研究

由于时滞混沌系统具有多个正的Lyapunov指数，保密性较强，而且即使简单结构的时滞系统就可以产生具有高随机性和不可预测性的时间系列，从而在同步控制时，可克服高维非时滞超混沌系统在结构上庞大而复杂的缺点，同时，在混沌保密通信中极大地提高了系统的保密性能。因此，对于含有时滞的混沌系统同步问题的研究十分必要。

（4）含有故障的混沌系统的研究

通常在设计同步控制器时，假设所有的器件均没有故障，但是在实际应用中，由于未知的输入干扰或设备某些部件的损坏，执行器或混沌电路本身常常会出现故障，此时系统的稳定性会受到严重影响。因而，如何设计容错控制策略使得混沌系统在发生故障时仍能保持较好的同步性能也是同步控制研究中的一个热点问题。

2.混沌同步在应用中面临的挑战

混沌同步方法不等于混沌保密通信。首先，混沌同步是保密通信的基础；其次，实现混沌同步只是使保密通信成为可能，还有其他很多方面的因素需要考虑，如传输信道、抗干扰、电路匹配、加密方法等。混沌同步和保密通信的研究已经取得一定的成果，但要走入实用化还有大量的理论和技术问题需要解决。

（1）噪声干扰

在实际的信号传输过程中，不可避免地会受到各种噪声的干扰。混沌信号本身具有随机性，所以噪声对混沌信号的干扰较大，这将对混沌系统的同步产生直接影响。所以在研究混沌同步时考虑噪声的影响具有十分重要的意义，很多人已经在仿真中加入噪声信号进行研究。

（2）信道失真

目前对混沌同步与混沌通信的研究主要是在理想信道的情况下进行的，而在实际中任何一个信道都会有幅值衰减、相位失真和非线性失真，混沌信号经过这样的信道，必会引起畸变，这种畸变会对同步产生巨大的影响，这也是制约混沌保密通信实际应用的最大问题。

（3）参数匹配

现有的各种保密通信方法大多是假设系统具有相同结构和精确的数学模型，但是许多动力系统具有的参数或模型不确定，尤其是随着周围环境的改变，系统的参数也会发生相应的变化，因此事先假定驱动系统和响应系统参数和结构完全相同的同步控制方案是不现实的。理论分析和仿真结果表明，混沌系统的参数越匹配，同步性能就越好，而实际中是很难做到的，特别是对模拟混沌系统。研究结果表明，现有的混沌同步方法只对1%～2%的参数失配有较好的鲁棒性，允许参数有适当的失配程度（如5%～10%）对工程实现是非常有利的。两个系统在参数失配的情况下能否同步，引起了人们的广泛关注。保密程度取决于收发混沌系统参数之间匹配的敏感性，混沌系统的精确匹配也是外人难以窃取系统中传输信息的原因，因此系统的鲁棒性与保密通信的安全性是互相矛盾的，鲁棒性的提高，是以系统安全性为代价换取的，在实际应用中，必须在两者之间做一个权衡。

本书的后续章节对以上提出的问题进行了有益的尝试，希望能对同行起到抛砖引玉的作用。