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具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统

阅读:243发布:2021-03-12

专利汇可以提供具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了具有反时间电光 相位 混沌的双向保密通信系统,包括: 激光器 、反时间混沌 信号 反馈回路、输入端和接收端,激光器与反时间混沌信号反馈回路的输出、输入分别连接,激光器与发送端、接收端分别连接;反时间混沌信号反馈回路,将激光器产生的混沌信号转换为反时间混沌信号后输出;发送端,将所述反时间混沌信号与第一信息调制然后进行传输;所述输出端,将产生的反时间混沌信号与第二信息调制然后进行传输;所述接收端与所述发送端连接。本发明利用反时间混沌信号反馈回路使得输入到 马 赫-曾德尔 调制器 中的是具有反时间的混沌信号,同时将混沌信号分成两路,再与两路信息分别调制、传输,有效的隐藏时延参数,实现安全的双向通信。,下面是具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统专利的具体信息内容。

1.具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,其特征在于,包括:
激光器(1)、反时间混沌信号反馈回路、输入端和接收端,所述激光器(1)与所述反时间混沌信号反馈回路的输出、输入分别连接,所述激光器(1)与发送端、接收端分别连接;
所述反时间混沌信号反馈回路,将所述激光器(1)产生的混沌信号转换为反时间混沌信号后输出;
所述发送端,将所述反时间混沌信号与第一信息调制然后进行传输;
所述输出端,将产生的反时间混沌信号与第二信息调制然后进行传输;
所述接收端与所述发送端连接。
2.根据权利要求1所述的具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,其特征在于,所述反时间混沌信号反馈回路包括依次连接的赫-曾德尔调制器(3)、模数转换器(6)、移位寄存器(8)、调制激光器(10)和微波光子滤波器(11),所述马赫-曾德尔调制器3)、微波光子滤波器(11)分别与所述激光器(1)连接;
所述激光器(1)产生的混沌信号输入到马赫-增德尔调制器(3)中,转换成电信号后输入到模数转换器(6)、移位寄存器(8)中处理,处理后的输出信号由调制激光器(10)转换成光信号后,通过光滤波器形成反时间混沌信号后,将该反时间混沌信号再次输入到马赫-增德尔调制器(3)中形成一个反馈。
3.根据权利要求2所述的具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,其特征在于,所述反时间混沌信号反馈回路还包括第一光耦合器(4-1)、第一光电检测器(5-1)、比特提取器(7)、时钟信号(17)、第一电放大器(9-1)、第三光放大器(18-3),所述马赫-曾德尔调制器(3)、第一光耦合器(4-1)、第一光电检测器(5-1)、模数转换器(6)、比特提取器(7)、移位寄存器(8)、第一电放大器(9-1)、调制激光器(10)、微波光子滤波器(11)、第三光放大器(18-3)依次连接,所述第三光放大器(18-3)与所述马赫-曾德尔调制器(3)连接;所述时钟信号(17)分别与所述模数转换器(6)、比特提取器(7)、移位寄存器(8)连接。
4.根据权利要求3所述的具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,其特征在于,双向保密通信系统还包括第一偏振控制器(2-1),设于所述激光器(1)与所述马赫-曾德尔调制器(3)之间。
5.根据权利要求4所述的具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,其特征在于,所述发送端包括第一光放大器(18-1)、第三光耦合器(4-3)、第二延迟光纤(15-2)、第四光电检测器(5-4)、第四电放大器(9-4)、第二差分放大器(14-2)、第五电放大器(9-5)、第五光电检测器(5-5)、第三偏振控制器(2-3)、和第二相位调制器(12-2),所述第一光耦合器(4-
1)、所述第一光放大器(18-1)、第三光耦合器(4-3依次连接,所述第三光耦合器(4-3与所述第二延迟光纤(15-2)、第二相位调制器(12-2)分别连接,所述第四光电检测器(5-4)、第四电放大器(9-4)、第二差分放大器(14-2)、第五电放大器(9-5)、第五光电检测器(5-5)、第三偏振控制器(2-3)、第二相位调制器(12-2)依次连接;
所述接收端包括第二光放大器(18-2)、第二光耦合器(4-2)、第一延迟光纤(15-1)、第二光电检测器(5-2)、第二电放大器(9-2)、第一差分放大器(14-1)、第三电放大器(9-3)、第三光电检测器(5-3)、第二偏振控制器(2-2)和第一相位调制器(12-1),所述第一光耦合器(4-1)、第二光放大器(18-2)、第二光耦合器(4-2)依次连接,所述第二光耦合器(4-2)与所述第一延迟光纤(15-1)、第一相位调制器(12-1)分别连接,所述第一延迟光纤(15-1)、第二光电检测器(5-2)、第二电放大器(9-2、第一差分放大器(14-1)、第三电放大器(9-3)、第三光电检测器(5-3)、第二偏振控制器(2-2)、第一相位调制器(12-1)依次连接。
6.根据权利要求5所述的具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,其特征在于,所述双向保密通信系统还包括第一光环形器(13-1)、第二光环形器(13-2)和光纤(16),所述第一光环形器(13-1)设于所述第三光电检测器(5-3)、第二偏振控制器(2-2)之间,所述第二光环形器(13-2)设于所述第五光电检测器(5-5)、第三偏振控制器(2-3)之间,所述第二光环形器(13-2)所述第一光环形器(13-1)通过光纤(16)连接。
7.根据权利要求1-6任一所述的具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,其特征在于,所述双向保密通信系统中接收端和发射端的参数设置相同;或者,所述激光器(1)平均的功率为10mW。
8.根据权利要求3-6任一所述的具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,其特征在于,所述双向保密通信系统中涉及的电放大器的增益为20dB,或者,所述系统中涉及的光放大器的增益30dB。
9.根据权利要求3-6任一所述的具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,其特征在于,所述双向保密通信系统中的涉及的光电检测器的量子效率10%。
10.根据权利要求2-6任一所述的具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,其特征在于,所述马赫-曾德尔调制器3的直流偏置电压为4.2V。

说明书全文

具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统

技术领域

[0001] 本发明属于光信息技术领域,具体涉及一种具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统。

背景技术

[0002] 由于受到电器元件的运行速度影响,设计一种宽带滤波器比较困难,限制了数字混沌在宽带模拟通信系统中的应用,但是在光场中建立宽带滤波器相对容易,从而提出了反时间混沌理论。为了产生光学反时间混沌,可以利用随机脉冲和一个适当的滤波器,所以输出信号的动态复杂性可以由输入的二进制序列的复杂性决定,可能是一种更可控制的产生混沌信号的方法。
[0003] 本发明基于现有数字混沌通信的应用需求,研究提供一种保密通信系统。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术的不足,提供了一种具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统。
[0005] 本发明采取以下技术方案:
[0006] 具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,包括:激光器、反时间混沌信号反馈回路、输入端和接收端,所述激光器与所述反时间混沌信号反馈回路的输出、输入分别连接,所述激光器与发送端、接收端分别连接;所述反时间混沌信号反馈回路,将所述激光器产生的混沌信号转换为反时间混沌信号后输出;
[0007] 所述发送端,将所述反时间混沌信号与第一信息调制然后进行传输;
[0008] 所述输出端,将产生的反时间混沌信号与第二信息调制然后进行传输;
[0009] 所述接收端与所述发送端连接。
[0010] 进一步的,所述反时间混沌信号反馈回路包括依次连接的赫-曾德尔调制器模数转换器、移位寄存器、调制激光器和微波光子滤波器,所述马赫-曾德尔调制器、微波光子滤波器分别与所述激光器连接;
[0011] 所述激光器产生的混沌信号输入到马赫-增德尔调制器中,转换成电信号后输入到模数转换器、移位寄存器中处理,处理后的输出信号由调制激光器转换成光信号后,通过光滤波器形成反时间混沌信号后,将该反时间混沌信号再次输入到马赫-增德尔调制器中形成一个反馈。
[0012] 更进一步的,所述反时间混沌信号反馈回路还包括第一光耦合器、第一光电检测器、比特提取器、时钟信号、第一电放大器、第三光放大器,所述马赫-曾德尔调制器、第一光耦合器、第一光电检测器、模数转换器、比特提取器、移位寄存器、第一电放大器、调制激光器、微波光子滤波器、第三光放大器依次连接,所述第三光放大器与所述马赫-曾德尔调制器连接;所述时钟信号分别与所述模数转换器、比特提取器、移位寄存器连接。
[0013] 进一步的,双向保密通信系统还包括第一偏振控制器,设于所述激光器与所述马赫-曾德尔调制器间。
[0014] 进一步的,所述发送端包括第一光放大器、第三光耦合器、第二延迟光纤、第四光电检测器、第四电放大器、第二差分放大器、第五电放大器、第五光电检测器、第三偏振控制器、和第二相位调制器,所述第一光耦合器、所述第一光放大器、第三光耦合器依次连接,所述第三光耦合器与所述第二延迟光纤、第二相位调制器分别连接,所述第四光电检测器、第四电放大器、第二差分放大器、第五电放大器、第五光电检测器、第三偏振控制器、第二相位调制器依次连接;
[0015] 所述接收端包括第二光放大器、第二光耦合器、第一延迟光纤、第二光电检测器、第二电放大器、第一差分放大器、第三电放大器、第三光电检测器、第二偏振控制器和第一相位调制器,所述第一光耦合器、第二光放大器、第二光耦合器依次连接,所述第二光耦合器与所述第一延迟光纤、第一相位调制器分别连接,所述第一延迟光纤、第二光电检测器、第二电放大器、第一差分放大器、第三电放大器、第三光电检测器、第二偏振控制器、第一相位调制器依次连接。
[0016] 进一步的,所述双向保密通信系统还包括第一光环形器、第二光环形器和光纤,所述第一光环形器设于所述第三光电检测器、第二偏振控制器之间,所述第二光环形器设于所述第五光电检测器、第三偏振控制器之间,所述第二光环形器与所述第一光环形器通过光纤连接。
[0017] 本发明中,输入到马赫-曾德尔调制器中的是具有反时间的混沌信号,同时将混沌信号分成两路,与两路信息(即第一信息、第二信息)分别调制、传输,两条线路通过环形器和光纤连接,通过差分放大器可以解调出相应信号。其特点是产生的反时间混沌信号可以有效的隐藏时延参数,实现安全的双向通信。
[0018] 进一步的,发射端与接收端中所用到的相同的器件的参数必须相同。
[0019] 进一步的,所述混沌激光器产生平均的功率为10mW。
[0020] 进一步的,马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压为4.2V。
[0021] 进一步的,本系统中涉及的电放大器的增益20dB。
[0022] 进一步的,本系统中涉及的光电检测器的量子效率10%。
[0023] 进一步的,本系统中涉及的光放大器的增益30dB。
[0024] 本发明的特点在于将激光器产生的混沌信号输入到马赫-增德尔调制器中,转换成电信号后输入到模数转换器和移位寄存器中处理,输出信号由调制激光器转换成光信号后,通过光滤波器形成反时间混沌信号,将该信号再次输入到马赫-增德尔调制器中形成一个反馈。将马赫-增德尔调制器的输出信号分成三路信号。
[0025] 另外两路信号分别接在输入端和接收端。发送端:将产生的反时间混沌信号与信息1调制然后进行传输,接收端:将产生的反时间混沌信号与信息2调制然后进行传输,发送端与接收端结构参数一致,接收端与发送端通过环形器和光纤连接,此时在接收端将马赫-增德尔调制器产生的反时间混沌信号经过时延光纤与发送端的信息1通过光电检测器,由差分放大器可以解调出信息1,同样的在发送端也能解调出信息2,从而实行反时间混沌双向通信。附图说明
[0026] 图1为具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统的结构示意图。
[0027] 图2为处于同步的发送端与接收端光功率差随时间演化图。
[0028] 图3为采用本发明系统传送的一种数字信息图。
[0029] 图4为与图3对应的解调后的数字信息图。

具体实施方式

[0030] 以下结合附图对本发明作进一步说明,使得本发明的方案更加清楚、明白。
[0031] 如图1所述,本实施例公开了一种具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统,本双向保密通信系统包括:激光器1,第一偏振控制器2-1、第二偏振控制器2-2和第三偏振控制器2-3,马赫-曾德尔调制器3,第一光耦合器4-1、第二光耦合器4-2和第三光耦合器4-3,第一光电检测器5-1、第二光电检测器5-2、第三光电检测器5-3、第四光电检测器5-4和第五光电检测器5-5,模数转换器6,比特提取器7,移位寄存器8,第一电放大器9-1、第二电放大器9-2、第三电放大器9-3、第四电放大器9-4和第五电放大器9-5,调制激光器10,微波光子滤光器11,第一相位调制器12-1和第二相位调制器12-2,第一光环形器13-1和第二光环形器13-2,第一差分放大器14-1和第二差分放大器14-2,第一延迟光纤15-1和第二延迟光纤15-2,光纤16,时钟信号17,第一光放大器18-1、第二光放大器18-2和第三光放大器18-3。
[0032] 其中,激光器1的第一端口a1与第一偏振控制器2-1的第一端口b1连接,第一偏振控制器2-1的第二端口b2与马赫-曾德尔调制器3的第一端口c1连接,马赫-曾德尔调制器3的第二端口c2与第一光耦合器4-1的第一端口d1连接,第一光耦合器4-1的第二端口d2与第一光电检测器5-1的第一端口e1连接,第一光电检测器5-1的第二端口e2与模数转换器6的第一端口f1连接,模数转换器6的第二端口f2与比特提取器7的第一端口g1连接,比特提取器7的第二端口g2与移位寄存器8的第一端口h1连接,移位寄存器8的第二端口h2与第一电放大器9-1的第一端口i1连接,时钟信号17的端口q1分别与模数转换器6的第三端口f3、比特提取器7的第三端口g3以及移位寄存器8的第三端口h3连接,第一电放大器9-1的第二端口i2与调制激光器10的第一端口j1连接,调制激光器10的第二端口j2与微波光子滤光器11的第一端口k1连接,微波光子滤光器11的第二端口k2与第三光放大器18-3的第一端口r5连接,第三光放大器18-3的第二端口r6与马赫-曾德尔调制器3的第三端口c3连接,马赫-增德尔调制器3的A1端口接直流偏置电压,产生反时间电光混沌信号。
[0033] 第一光耦合器4-1的第四端口d4与第一光放大器18-1的第一端口r3连接,第一光放大器18-1的第二端口r4与第三光耦合器4-3的第一端口d8连接,第三光耦合器4-3的第二端口d9与第二相位调制器12-2的第一端口l3连接,第二相位调制器12-2的第二端口l4与第三偏振控制器2-3的第二端口b6连接,第三偏振控制器2-3的第一端口b5与第二光环形器13-2的第一端口m4连接,第二光环形器13-2的第二端口m5与第五光电检测器5-5的第二端口e10连接,第五光电检测器5-5的第一端口e9与第五电放大器9-5的第二端口i10连接,第五电放大器9-5的第一端口i9与第二差分放大器14-2的第二端口n4连接,第二差分放大器
14-2的第一端口n3与第四电放大器9-4的第二端口i8连接,第四电放大器9-4的第一端口i7与第四光电检测器5-4的第二端口e8连接,第四光电检测器5-4的第一端口e7与第二延迟光纤15-2的第二端口o4连接,第二延迟光纤15-2的第一端口o3与第三光耦合器4-3的第三端口d10连接。
[0034] 第一光耦合器4-1的第三端口d3与第二光放大器18-2的第一端口r1连接,第一光放大器18-2的第二端口r2与第二光耦合器4-2的第一端口d5连接,第三光耦合器4-2的第二端口d6与第一相位调制器12-1的第一端口l1连接,第一相位调制器12-1的第二端口l2与第二偏振控制器2-2的第一端口b3连接,第二偏振控制器2-2的第二端口b4与第一光环形器13-1的第一端口m1连接,第一光环形器13-1的第二端口m2与第三光电检测器5-3的第二端口e6连接,第三光电检测器5-3的第一端口e5与第三电放大器9-3的第二端口i6连接,第三电放大器9-3的第一端口i5与第一差分放大器14-1的第二端口n2连接,第一差分放大器14-
1的第一端口n1与第二电放大器9-2的第二端口i4连接,第二电放大器9-2的第一端口i3与第二光电检测器5-2的第二端口e4连接,第二光电检测器5-2的第一端口e3与第一延迟光纤
15-1的第二端口o2连接,第一延迟光纤15-1的第一端口o1与第二光耦合器4-2的第三端口d7连接,第一光环形器13-1的第三端口m3与光纤16的第一端口p1连接,光纤16的第二端口p2与第二光环形器13-2的第三端口m6连接。信号1可以与之前的反时间混沌信号比较,从第二差分放大器中可以解调出信息1,同样的信息2可以从第一差分放大器中解调出来,实现反时间电光相位混沌的双向通信系统。
[0035] 本实施例实现通信的过程如下:
[0036] 1、首先由激光器,马赫-增德尔,模数转换器,移位寄存器,光滤波器可以产生一个反时间混沌信号;
[0037] 2、产生的反时间混沌信号分成三路,一路反馈到激光器的偏置直流上中,形成一个反馈,另外两路分别接入到发送端和接收端;
[0038] 3、发送端:将输入进来的混沌信号重新再分成两路信号,一路与传输信号1(即第一信息)调制,另外一路信号通过时延光纤,接收端也是与发送端同样的结构,进行与传输信号2(即第二信息)调制;
[0039] 4、发送端和接收端通过环形器和光纤连接,接收端:可以接收到来自发送端的信息1,将该信号与原来的混沌信号利用PD(光电检测器)转换成电信号,经过差分放大器就可解调出信息1,同理发送端可以解调出信息2,从而实现了双向通信。
[0040] 结合图2为发送端与接收端光功率差随时间演化图,表明系统最终处于严格的同步中;图3为传送的数字信息,图4为解调后的数字信息,结合三个附图体现了信号的可靠通信。
[0041] 本技术方案中,具有反时间电光相位混沌的双向保密通信系统中,通过下列方法实现反时间电光相位混沌的双向保密通信,首先将激光器、模数转换器、光匹配滤波器和马赫-增德尔调制器连接起来,并形成一个反馈回路,产生一个可靠的反时间混沌信号,同时将这个混沌信号分别接入发送端和接收端,发送端和接受端里面同样的将该混沌信号再分成两路,一路与信号调制,另一路经过时延光纤传输,两个线路通过环形器和光纤连接,这样在接收端可以将传输的光信号跟混沌信号通过PD(光电检测器)转换成电信号,通过差分放大器就可以解调出发送端的信号,同样的发送端也可以解调出来自接收端的信息,实行双向通信,该通信方案能隐藏时间延迟信息,使得窃听者不能重构混沌信号,也就不能采用同步的方法窃取信息,即无法重构系统的混沌动学,实现保密通信。
[0042] 以上仅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和方法,在具体实施方式上做出的变形及改进,而这些改变也应视为落在本发明的保护范围。
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