申请/专利权人：杭州电子科技大学

申请日：2017-10-26

公开（公告）日：2020-07-24

公开（公告）号：CN107819565B

主分类号：H04L9/00(20060101)

分类号：H04L9/00(20060101);H04B10/50(20130101);H04B10/85(20130101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.24#授权;2018.04.13#实质审查的生效;2018.03.20#公开

摘要：本发明公开了一种基于反馈激光器的混沌保密通信系统，利用三个激光器、三个透射镜及多个分束器等的结合实现了混沌信号的传输。通过三个带有反馈的激光器利用同步传输具有通信效率高、接收准确性高，信号泄露几率小等优点，特别适于光通信系统技术中的应用。

主权项：1.基于带有反馈激光器的混沌保密通信系统，其特征在于，包括第一激光器1-1、第一部分透射镜2-1、第一光电探测器3-1、第二光电探测器3-2和第一分束器4-1，所述第一激光器1-1、第一分束器4-1和第一部分透射镜2-1依次设置，所述第一分束器4-1与第一光电探测器3-1、第二光电探测器3-2连接；还包括第二分束器4-2、第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4和第二激光器1-2，所述第二分束器4-2设于所述第一部分透射镜2-1、第二激光器1-2之间，所述第二分束器4-2与第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4连接；还包括第三分束器4-3、第四分束器4-4、第二部分透射镜2-2、第三激光器1-3、第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6、第七光电探测器3-7、第八光电探测器3-8,所述第二激光器1-2、第三分束器4-3、第二部分透射镜2-2、第四分束器4-4、第三激光器1-3依次设置，所述第三分束器4-3与第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6连接，所述第四分束器4-4与第七光电探测器3-7、第八光电探测器3-8连接；还包括第三放大器5-3、第四放大器5-4、第三差分放大器6-3，所述第六光电探测器3-6、第八光电探测器3-8分别与第三差分放大器6-3连接；还包括第三电滤波器7-3，所述第三电滤波器7-3与第三差分放大器6-3连接；还包括第五分束器4-5、第三部分透射镜2-3、第六分束器4-6、第九光电探测器3-9、第十光电探测器3-10、第十一光电探测器3-11和第十二光电探测器3-12，所述第一激光器1-1、第六分束器4-6、第三部分透射镜2-3、第五分束器4-5、第三激光器1-3依次设置，所述第五分束器4-5与第九光电探测器3-9、第十光电探测器3-10分别连接，所述第六分束器4-6与第十一光电探测器3-11、第十二光电探测器3-12分别连接。

全文数据：基于反馈激光器的混沖保密通信系统技术领域[0001]本发明属于光信号处理技术领域，具体涉及一种基于反馈激光器的混沌保密通信系统。背景技术[0002]在现代信息技术的应用中，通信技术是一种以电磁波、声波或光波的形式把信息通过电脉冲，从发送端信源传输到一个或多个接受端信宿）的技术。接受端能否正确辨认信息，取决于传输中的损耗功率高低。而信号处理是通信工程中一个重要环节，怎样实现信号安全传输更是研宄的一大重点。[0003]现有的信息传输，大都是利用载体实现有线或无线传输，如利用数据、语言、信号等方式，且传送方面和接收方面对载体有共同解释。然而随着信息量的越来越大，需要传输的数据也随之越来越大，传统的利用单一的宽带通信、光学通信等进行信息传输，单纯的信息传输功能无法满足人们信息保密及对安全性的需求。[0004]在信息传输的安全性方面，混沌通信有着极佳的优点，混沌现象是非线性系统中出现的确定性的、类随机的过程，是非周期的、有界的、但不收敛的过程，并对初始条件极为敏感，根据混沌序列对初始条件的敏感性用于通信，混沌信号是一种类似噪声信号的无周期有边界却不收敛的由确定方程组构成的确定信号，其对初始值非常敏感，通过不同初始值可以实现多址通信，通过耦合可以使带有反馈的激光器之间实现混沌同步，通过同步传输，可以实现信号的掩盖传输。发明内容[0005]针对混沌保密通信，本文发明提供一种基于混沌同步和鲁棒性的混沌保密通信系统，其保密效果好，且可以准确恢复传输信号。[0006]本发明采取以下技术方案：[0007]基于带有反馈激光器的混沌保密通信系统，包括第一激光器、第一部分透射镜、第一光电探测器、第二光电探测器和第一分束器，所述第一激光器、第一分束器和第一部分透射镜依次设置，所述第一分束器与第一光电探测器、第二光电探测器连接。[0008]进一步，还包括第二分束器、第三光电探测器、第四光电探测器和第二部分透射镜，所述第二分束器设于所述第一部分透射镜、第二激光器之间，所述第二分束器与第三光电探测器、第四光电探测器连接。[0009]进一步，还包括第三分束器、第四分束器、第二部分透射镜、第三激光器、第五光电探测器、第六光电探测器、第七光电探测器、第八光电探测器，所述第二部分透射镜、第三分束器、第二部分透射镜、第四分束器、第三激光器依次设置，所述第三分束器与第五光电探测器、第六光电探测器连接，所述第四分束器与第七光电探测器、第八光电探测器连接。[0010]更进一步，还包括第三放大器、第四放大器、第三差分放大器，所述第六光电探测器、第八光电探测器分别与第三差分放大器连接。[0011]更进一步，还包括第三电滤波器，所述第三电滤波器与第三差分放大器连接。[0012]更进一步，还包括第五分束器、第二部分透射镜、第六分束器、第九光电探测器、第十光电探测器、第十一光电探测器和第十二光电探测器，所述第一激光器、第六分束器、第二部分透射镜、第五分束器、第三激光器依次设置，所述第五分束器与第九光电探测器、第十光电探测器分别连接，所述第六分束器与第十一光电探测器、第十二光电探测器分别连接。[0013]更进一步，还包括第一放大器、第二放大器和第一差分放大器，所述第十光电探测器、第十二光电探测器分别与第一放大器、第二放大器连接，所述第一放大器、第二放大器分别与第一差分放大器连接。[0014]更进一步，还包括第一电滤波器，所述第一差分放大器与第一电滤波器连接。[0015]更进一步，还包括第二差分放大器，所述第一放大器、第四放大器分别与第二差分放大器连接。[0016]更进一步，还包括第二电滤波器，所述第二差分放大器与第二电滤波器连接。[0017]进一步，本发明中的各个激光器的内部的各种参数都一致。各个激光器指代第一激光器、第二激光器、第三激光器。[0018]进一步，本发明中的第一部分透射镜、第二部分透射镜、第三部分透射镜任意一个的两面透射率之比为1:1。[0019]进一步，本发明信号调制在激光器的相同参数上。激光器指代第一激光器、第二激光器、第三激光器。[0020]进一步，本发明中的各个光电探测器即第一光电探测器至第十二光电探测器，可以采用光电二极管。[0021]本发明的特点在于利用三个信号之间实现同步的关系来进行两个接收端同时接收不同的传输信号且保持很低的误码率。可以任意改变无需解调的信号，任意激光器均可解调需要的剩余一个信号。也可同时解调传输的两个信号。利用同步性和鲁棒性实现信号的保密通信。[0022]本发明利用特定的激光器耦合和反馈方式得到确定的混沌信号，需要传输的信号调制激光器的参数，改变的幅度远远小于该混沌信号，将其掩盖其中，就可以利用该信号类噪声的特色将传输信号进行混沌保密。再通过产生与之严格同步的混沌信号，两路混沌信号相减，可以将掩盖着混沌信号中的传输信号恢复出来。实现传输的保密性和接收的准确性。[0023]本发明的有益效果是:本发明利用三个耦合激光器产生混沌载波，通过混沌调制，实现同步传输和解调，进一步实现保密通信，与以往系统比较，三个激光器可以同时作为接收和发射激光器，通信效率高，速度快;三个激光器之间通过耦合实现严格同步，因此可以实现接收准确性高，信号泄露几率小等优点，特别适于光通信系统技术中的应用。附图说明[0024]图1为本发明的混沌保密通信系统的示意图；[0025]图2为本发明的三个激光器的混沌图；[0026]图3为输入信号与解调信号对比图。具体实施方式[0027]下面结合附图对本发明实施例作详细说明，使得本方案更加清楚明白。[0028]如图1显示了三个耦合激光器混沌保密通信系统，其中的SL表示半导体激光器，PD表示光电检测器，BS表示分束器。根据图1所示，本实施例公开了一种基于反馈激光器的混沌保密通信系统，利用了激光传输的同步和鲁棒性，系统包括:第一激光器1-1、第二激光器1-2、第三激光器1-3共三个激光器，第一部分透射镜2-1、第二部分透射镜2-2、第三部分透射镜2-3共三个部分透射镜，第一光电探测器3-1、第二光电探测器3_2、第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4、第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6、第七光电探测器3-7、第八光电探测器3-8、第九光电探测器3-9、第十光电探测器3-10、第十一光电探测器3-11、第十二光电探测器3-12共十二个光电探测器，六个分束器4-1-4-6,第一放大器5-1、第二放大器5-2、第三放大器5-3和第四放大器5-4共四个放大器，第一差分放大器6-1、第二差分放大器6-2和第三差分放大器6-3共三个差分放大器，第一电滤波器7-1、第二电滤波器7-2和第三电滤波器7-3共三个电滤波器。[0029]对本系统的信号传输过程进行说明，第一激光器1-1的信号输入端口ml输入信号mlt，第二激光器1-2的信号输入端口m2输入信号m2t，第三激光器1-3的信号输入端口m3输入信号m3t。第一激光器1-1的b端口输出光射入第一部分透射镜2-1的k面，反射回一部分输出光并透射一部分光至第一部分透射镜2-1的1面到达第二激光器1-2的c端口；第二分束器Bs24-2将c端口的光线分给第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4的接收端h3、h4用来检测c端口的光线。第二激光器1-2的c端口输出光射入第一部分透射镜2-1的1面，反射回一部分输出光并透射一部分光至第一部分透射镜2-1的k面到达第一激光器1-1的b端口，第一分束器Bsl4-1将b端口的光线分给第一光电探测器3-1、第二光电探测器3-2的接收端hl、h2用来检测b端口的光线，第二激光器1-2同时通过d端口输出光线至第二部分透射镜2-2的n面，反射回一部分光线同时透射一部分光线至第二部分反射镜2-2的m面到达第三激光器1-3的f端口，第四分束器Bs44-4将f端口的光线分给第七光电探测器3-7、第八光电探测器3-8的接收端h7、h8用来探测f端口的光线。同时第三激光器1-3通过f端口输出光线至第二部分反射镜2-2的m面，反射回一部分光线同时透射一部分光线至第二部分反射器的n面到达第二激光器1-2的d端口，第三分束器Bsl4-3将d端口的光线分给第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6的接收端h5、h6用来探测d端口的光线;第三激光器1-3同时通过e端口输出光线至第三部分透射镜2-3的p面，反射回一部分光线同时透射一部分光线至第三部分反射镜2-2的〇面到达第一激光器1-1的a端口，第六分束器Bs64-6将a端口的光线分给第十一光电探测器3-11、第十二光电探测器3-12的接收端hll、hl2探测a端口的光线，同时第一激光器1-1通过a端口输出光线至第三部分反射镜2-3的〇面，反射回一部分光线同时透射一部分光线至第三部分透射镜2-3的p面到达第三激光器1-3的e端口，第五分束器Bs54-5将e端口的光线分给第九光电探测器3-9、第十光电探测器3-10的接收端h9、hl0用来探测e端口的光线，第十二光电探测器3-12的端口hl2、第十光电探测器3-10的端口hlO、第八光电探测器3-8的端口h8、第六光电探测器3-6的端口h6分别通过端口el、e2、e3、e4—一对应地进入第一放大器5-1、第二放大器5-2、第二放大器5-3、第四放大器5_4，通过第一放大器5-1、第二放大器5-2、第三放大器5-3、第四放大器5-4各自对应的输出端口〇424334的信号将分成三路。三路中，其中一路:端口f2和第一差分放大器6-1的第一端口jl相连，端口fl和第一差分放大器6-1的第二端口j2相连，端口f2、端口fl输出的两路信号经过差分放大器6-1相减后的信号通过端口il输出至第一电滤波器7-1的端口pi，最后滤波信号通过第一电滤波器7-1的端口p2输出；第二路:端口f4和第二差分放大器6-2的第一端口j3相连，端口fl和第二差分放大器6-2的第二端口j4相连，端口f4、端口H输出的两路信号经过第二差分放大器6-2相减后的信号通过端口i2输出至第二电滤波器7-2的端口P3,最后滤波信号通过第二电滤波器7-2的端口P4输出；三路:端口f4和第三差分放大器6-3的第一端口j5相连，端口f3和第三差分放大器6-3的第二端口扣相连，端口f4、端口f3输出的两路信号经过差分放大器6-3相减后的信号通过端口i3输出至第三电滤波器7-3的端口P5,最后滤波信号通过第三电滤波器7-3的端口P6输出。通过上述过程完成了信号的同步性及鲁棒性的测试及其保密传输。[0030]本发明中的各个激光器的内部的各种参数都一致，各个激光器指代第一激光器、第二激光器、第三激光器的一个或多个。本发明中的第一部分透射镜、第二部分透射镜、第三部分透射镜任意一个的两面透射率之比为1:1。本发明信号调制在激光器的相同参数上，激光器指代第一激光器、第二激光器、第三激光器中的一个或多个。本发明中的各个光电探测器即第一光电探测器至第十二光电探测器，可以采用光电二极管。[0031]本发明混沌保密通信的保密与恢复过程具体如下：[0032]1、根据所需的混沌信号的产生要求，选择合适参数的激光器和部分透射镜，从而实现信号的保密；[0033]2、根据确定方程组得到确定混沌信号的原理，利用另外的激光器进行同步，从而进行信号的准确恢复。[0034]图2是本实施例中一种三个激光器调制后信号图的示意，图中a.u.指任意单位，time:时间，ns:纳秒。图3是本实施例的传输-解调信号对比图，其中a为输入信号，⑹为输出信号。[0035]以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.基于带有反馈激光器的混沌保密通信系统，其特征在于，包括第一激光器（1-1、第一部分透射镜2-1、第一光电探测器3-1、第二光电探测器3-2和第一分束器4-1，所述第一激光器（1-1、第一分束器4-1和第一部分透射镜2-1依次设置，所述第一分束器4-1与第一光电探测器3-1、第二光电探测器3-2连接。2.根据权利要求1所述的基于带有反馈激光器的混沌保密通信系统，其特征在于，还包括第二分束器4-2、第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4和第二部分透射镜（1-2，所述第二分束器4-2设于所述第一部分透射镜2-1、第二激光器（1-2之间，所述第二分束器4-2与第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4连接。3.根据权利要求1或2所述的基于带有反馈激光器的混沌保密通信系统，其特征在于，还包括第三分束器4-3、第四分束器4-4、第二部分透射镜2-2、第三激光器3-1、第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6、第七光电探测器3-7、第八光电探测器3-8，所述第二部分透射镜（1-2、第三分束器4-3、第二部分透射镜2-2、第四分束器4-4、第三激光器3-1依次设置，所述第三分束器4-4与第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6连接，所述第四分束器4-4与第七光电探测器3-7、第八光电探测器3-8连接。4.根据权利要求3所述的基于带有反馈激光器的混沌保密通信系统，其特征在于，还包括第三放大器5-3、第四放大器（5-4、第三差分放大器6-3，所述第六光电探测器3-6、第八光电探测器3-8分别与第三差分放大器6-3连接。5.根据权利要求4所述的基于带有反馈激光器的混沌保密通信系统，其特征在于，还包括第三电滤波器7-3，所述第三电滤波器C7-3与第三差分放大器6-3连接。6.根据权利要5任一所述的基于带有反馈激光器的混沌保密通信系统，其特征在于，还包括第五分束器4-5、第二部分透射镜2_3、第六分束器4-6、第九光电探测器3-9、第十光电探测器3-10、第i^一光电探测器3-11和第十二光电探测器3-12，所述第一激光器1-1、第六分束器4_6、第二部分透射镜2_3、第五分束器4-5、第三激光器3-1依次设置，所述第五分束器4-5与第九光电探测器3-9、第十光电探测器3-10分别连接，所述第六分束器4-6与第i^一光电探测器3-11、第十二光电探测器3-12分别连接。7.根据权利要求6所述的基于带有反馈激光器的混纯保密通信系统，其特征在于，还包括第一放大器5-1、第二放大器5-2和第一差分放大器¢-1，所述第十光电探测器3-10、第十二光电探测器03-1¾分别与第一放大器5-1、第二放大器5-2连接，所述第一放大器5-1、第二放大器5_2分别与第一差分放大器6-1连接。8.根据权利要求7所述的基于带有反馈激光器的混纯保密通信系统，其特征在于，还包括第一电滤波器7-1，所述第一差分放大器6-1与第一电滤波器7-1连接。9.根据权利要求7所述的基于带有反馈激光器的混沌保密通信系统，其特征在于，还包括第二差分放大器6-¾，所述第一放大器5-1、第四放大器5-4分别与第二差分放大器6-2连接。10.根据权利要求9所述的基于带有反馈激光器的混沌保密通信系统，其特征在于，还包括第二电滤波器7-2，所述第二差分放大器6-2与第二电滤波器7-2连接。

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