Adaptif gözleyici tabanlı hiperkaotik sistemlerin senkronizasyonu ve uygulaması
Synchronization and implementation of adaptive observer based hyperchaotic systems
Yazar: ERMAN ÖZPOLAT
Danışman: PROF. DR. ARİF GÜLTEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Devreler ve Sistemler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Doğrusal olmayan bilimlerde kaos, 1990'lardan bu yana çalışma faaliyetlerinde bir artış görmüştür.
Kaosun zengin ve karmaşık dinamiklerinin yanı sıra olası uygulamaları üzerine çok sayıda araştırma
yapılmıştır. Kaotik sistemlerin özel karakteristiklerinin bir sonucu olarak çeşitli senkronizasyon tabanlı
şifreleme şemalarının ortaya konmuş olması özellikle dikkate değerdir. Bu dönemde kaotik sistemlerin
zengin ve karmaşık dinamikleri üzerine yapılan çalışmalar, bilim dünyasında kaosun anlaşılması ve
uygulanabilirliği konusunda önemli ilerlemelere yol açmıştır. Özellikle kaosun öngörülemezliği,
deterministik sistemlerdeki küçük başlangıç koşullarındaki hassasiyet nedeniyle, güvenli iletişim
sistemlerinin tasarımında ve uygulanmasında büyük öneme sahiptir.
Bu tez, adaptif gözleyici tabanlı hiperkaotik sistemlerin senkronizasyonunu ve uygulanmasını
araştırmaktadır. Kaotik sistemlere kıyasla daha fazla sayıda pozitif Lyapunov üsteli içeren hiperkaotik
sistemler, kontrol ve senkronizasyonda benzersiz zorluklar ve imkanlar ortaya koymaktadır. Tez kapsamında
iki farklı hiperkaotik sistem önerilmiştir. Önerilen hiperkaotik sistemlerin dinamik özellikleri ve faz uzay
analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca önerilen hiperkaotik sistemlerden birinin devre simülasyonu da
oluşturmuştur. Her iki hiperkaotik sistemin de senkronizasyonu gerçekleştirilmiştir. İlk hiperkaotik sistem,
özel kontrol stratejileri kullanarak adaptif senkronizasyon için kullanılmıştır. İkinci hiperkotik sistem ise,
dinamiklerini başka bir sistemle senkronize etmek için gözleyici tabanlı tekniğin uygulandığı adaptif
gözleyici senkronizasyonu için kaynak olarak kullanılır. Gerçekleştirilen bu senkronizasyon yöntemleri daha
sonra güvenli iletişim uygulamalarında kullanılmıştır.
Simülasyon sonuçları, hem adaptif senkronizasyon hem de adaptif gözleyici tabanlı senkronizasyonu
senaryolarında başarılı sonuçlar sergileyerek yaklaşımın etkinliğini kanıtlamaktadır. Ayrıca güvenli iletişim
uygulamalarında da gösterdiği performansıyla, tasarlanan senkronizasyonların etkinliği kanıtlanmıştır.
Sonuçlar sadece hiperkaotik sistemlerin teorik olarak anlaşılmasına katkıda bulunmakla kalmıyor,
senkronizasyon tekniklerinin uygulanmasına ilişkin pratik bilgiler de sunuyor. Bu araştırma, hiperkaotik
sistem senkronizasyonuna yönelik bir yaklaşım sunarak kaos kontrolü alanını ilerletmekte, adaptif
senkronizasyon ve adaptif gözleyici tabanlı metodolojilerin uygulanmasının doğasında var olan
karmaşıklıkları ele almaktadır.
Anahtar Kelimeler: Hiperkaotik Sistemler, Senkronizasyon, Devre Gerçekleştirme, Adaptif Gözleyici

Abstract:
Chaos in the nonlinear sciences has witnessed an increase in research activity since the 1990s.
Extensive studies have been conducted on the rich and complex dynamics of chaos, along with its potential
applications. It is particularly noteworthy that various encryption schemes based on synchronization have
been proposed as a result of the special characteristics of chaotic systems. During this period, the exploration
of the intricate dynamics of chaotic systems has significantly advanced the understanding and applicability
of chaos in the scientific community. In particular, the unpredictability of chaos, stemming from the
sensitivity to small initial conditions in deterministic systems, holds great importance in the design and
implementation of secure communication systems.
This thesis explores the synchronization and implementation of adaptive observer-based hyperchaotic
systems. Hyperchaotic systems, characterized by a larger number of positive Lyapunov exponents compared
to chaotic systems, pose unique challenges and opportunities in control and synchronization. In this study,
two distinct hyperchaotic systems are introduced. The dynamical properties and phase space analysis of these
proposed hyperchaotic systems have been thoroughly investigated. Furthermore, a circuit simulation of one
of the proposed hyperchaotic systems has been developed. Synchronization has been successfully achieved
for both hyperchaotic systems. The first hyperchaotic system is employed for adaptive synchronization using
specialized control strategies, while the second hyperchaotic system serves as a reference for adaptive
observer synchronization. In this approach, an observer-based technique is applied to synchronize its
dynamics with another system. These implemented synchronization methods are subsequently applied to
secure communication applications.
The simulation results substantiate the effectiveness of the approach by demonstrating successful
outcomes in both adaptive synchronization and adaptive observer-based synchronization scenarios.
Furthermore, the performance observed in secure communication applications attests to the efficacy of the
designed synchronizations. These findings not only contribute to the theoretical understanding of
hyperchaotic systems but also offer practical insights into the application of synchronization techniques. This
research contributes to the advancement of chaos control by presenting an approach to hyperchaotic system
synchronization and addressing the complexities inherent in the implementation of adaptive synchronization
and adaptive observer-based methodologies.
Keywords: Hyperchaotic Systems, Synchronization, Circuit Implementation, Adaptive Observer