CN103415009B - 一种基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统及方法，该系统包括第一无线语音保密通信系统和第二无线语音保密通信系统；无线语音保密通信系统包括无线语音发送系统和无线语音接收系统；无线语音发送系统包括Lorenz混沌驱动系统电路、降压接口电路、无线发送模块和加密电路；无线语音接收系统包括Lorenz混沌响应系统电路、升压接口电路、控制器、无线接收模块和解密电路；第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统与无线语音接收系统之间、第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统与无线语音接收系统之间均进行无线通信。混沌信号类似噪声的特性，具有隐蔽性。混沌信号对初始条件的极端敏感性，使其具有长期不可预测性和极强的抗截获能力。

Description

一种基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统及方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体是一种基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统及方法。

背景技术

混沌是一种发生于确定性系统中貌似随机的不规则运动，广泛存在于诸多学科之中；混沌现象作为一种复杂的动力学行为，在气象学、化学、信息科学等诸多领域中均有广泛的研究。混沌应用在保密通信系统中，得到了大家的广泛关注。

1963年，Lorenz将大气系统仿真模型进行改进简化，得到了一个新的数学模型，这个数学模型表现为对初始条件的极度依赖以及系统可求出无限多解。后来，人们为了纪念Lorenz教授这个重要发现，将这个系统命名为Lorenz混沌系统。Lorenz混沌系统的状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=\mathrm{\σ}(y-x)\\ \stackrel{\·}{y}=\mathrm{\ρx}-y-\mathrm{xz}\\ \stackrel{\·}{z}=\mathrm{xy}-\mathrm{\βz}\end{array}\right.$

其中：x，y，z是三个变量信号，σ,ρ,β是三个待定系数。

实现Lorenz混沌系统的电路有很多，大致分为两类：一类是采用离散化方法将Lorenz系统近似离散化，并采用计算机加以实现；另一类是采用模拟电子元器件，如集成运算乘法器、集成加法器、集成减法器等加以实现。前者虽然实现起来需要的器件相对较少，但对Lorenz系统的近似离散化必然导致混沌特性的退化，而后者由于采用模拟电子器件，避免了这一问题。

现有技术中，利用Lorenz混沌系统实现保密通信的方案有很多，主要分为两种，一种是直接利用混沌系统进行保密通信，即利用混沌系统作为伪随机序列的发生器，进而对有用信息进行加密；另一种是利用混沌同步进行加密，前者主要针对数字信号进行加密，后者主要针对模拟信号进行加密。而前者系统构造简单，但加密效果一般，容易破解，而后者可以使密钥信息不通过传播信道传输，其密钥信息可以直接通过同步的混沌系统得到，因此可以节约保密通信系统的资源，增强系统的安全性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统及方法。

本发明的技术方案是：

一种基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，包括两个无线语音保密通信系统，即第一无线语音保密通信系统和第二无线语音保密通信系统；

所述无线语音保密通信系统包括无线语音发送系统和无线语音接收系统；

第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音接收系统由进行语音通信的一方持有，第一无线语音保密通信系统的无线语音接收系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统由进行语音通信的另一方持有；

所述无线语音发送系统包括Lorenz混沌驱动系统电路、降压接口电路、无线发送模块和加密电路；

待加密语音信号接入加密电路的一个输入端，Lorenz混沌驱动系统电路的y状态输出端连接加密电路的另一个输入端，Lorenz混沌驱动系统电路的x状态输出端和加密电路的输出端分别连接降压接口电路的两个不同输入端，降压接口电路的输出端连接无线发送模块；

所述无线语音接收系统包括Lorenz混沌响应系统电路、升压接口电路、控制器、无线接收模块和解密电路；

无线接收模块的输出端连接降压接口电路的输入端，升压接口电路的两个不同输出端分别连接控制器的输入端和解密电路的一个输入端，控制器的输出端连接Lorenz混沌响应系统电路的x状态输入端，Lorenz混沌响应系统电路的y状态输出端连接解密电路的另一个输入端，解密电路的输出端输出解密语音信号；

第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统与无线语音接收系统之间、第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统与无线语音接收系统之间均进行无线通信。

所述无线语音发送系统还包括麦克风和耳机接口，作为待加密信号的输入设备的麦克风通过耳机接口连接接入加密电路的一个输入端。

所述Lorenz混沌驱动系统电路用于产生混沌信号，并将该混沌信号中的x状态信号发送至降压接口电路，将该混沌信号中的y状态信号发送至加密电路。

所述加密电路用于将待加密语音信号和接收到的混沌信号中的y状态信号叠加生成被混沌掩盖的保密信号并将该信号传输至降压接口电路。

所述降压接口电路用于对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和混沌信号中的x状态信号进行降压，并将降压后的该两路信号经无线发送模块和无线接收模块发送至升压接口电路。

所述升压接口电路用于对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和混沌信号中的x状态信号进行升压，并将升压后的被混沌掩盖的保密信号发送到解密电路，将升压后的x状态信号发送至控制器。

所述控制器用于将接收到的x状态信号发送至Lorenz混沌响应系统电路，并控制Lorenz混沌响应系统电路与Lorenz混沌驱动系统电路达到时延同步。

所述Lorenz混沌响应系统电路用于通过控制器控制其产生混沌信号，且该混沌信号中的y状态信号送至解密电路，该混沌信号与Lorenz混沌驱动系统电路产生的混沌信号时延同步。

所述解密电路用于将接收到的被混沌掩盖的保密信号中减去Lorenz混沌响应系统电路产生的混沌信号中的y状态信号，得到解密的语音信号。

采用所述的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统进行无线语音保密通信的方法，包括以下步骤：

步骤1：进行语音通信的一方持有第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音接收系统，进行语音通信的另一方持有第一无线语音保密通信系统的无线语音接收系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统；

步骤2：将一路待加密语音信号传输至第一无线语音保密通信系统的加密电路，同时Lorenz混沌驱动系统电路产生混沌信号，并将该混沌信号中的x状态信号发送至降压接口电路，将该混沌信号中的y状态信号发送至加密电路；

步骤3：加密电路将待加密语音信号和Lorenz混沌驱动系统电路产生的混沌信号中的y状态信号叠加，生成被混沌掩盖的保密信号并将该信号传输至降压接口电路；

步骤4：降压接口电路对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和混沌信号中的x状态信号进行降压，并将降压后的该两路信号通过无线通信方式发送至第二无线语音保密通信系统的升压接口电路；

步骤5：升压接口电路对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和x状态信号进行升压，并将升压后的被混沌掩盖的保密信号发送到解密电路，将升压后的x状态信号发送至控制器；

步骤6：控制器根据x状态信号产生控制信号，发送至Lorenz混沌响应系统电路的x状态输入端，并控制Lorenz混沌响应系统电路与Lorenz混沌驱动系统电路达到时延同步；

步骤7：Lorenz混沌响应系统电路产生与Lorenz混沌驱动系统电路时延同步的混沌信号，且该混沌信号中的y状态信号送至解密电路；

步骤8：解密电路将被混沌掩盖的保密信号减去Lorenz混沌响应系统电路产生的混沌信号中的y状态信号，得到解密的语音信号，完成一路无线语音保密通信，即第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音接收系统之间的无线语音保密通信；

步骤9：对另一路待加密语音信号执行步骤2～步骤7，完成另一路无线语音保密通信，即第一无线语音保密通信系统的无线语音接收系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统之间的无线语音保密通信。

有益效果：

(1)本发明采用电池供电，无需外接电源，待机时间长，可持续工作1-3个月，移动性好。

(2)本发明传输距离较远，可以达到200米以上，且传输信号不会由于距离较远而出现衰减以及失真。

(2)本发明保密性好，由于混沌信号的非周期连续宽带频谱，类似噪声的特性，使它具有天然的隐蔽性，因此极难引起敌方注意。又由于混沌信号对初始条件的极端敏感性，这使得混沌信号具有长期不可预测性和极强的抗截获能力，因此很难被破译。该系统可对频率从10Hz到4000Hz的音频信号很好地掩盖，进而实现保密通信。

(3)本发明安装简单，使用方便，本发明采用标准耳机接口(3.5mm)，支持即插即拔功能，无需复杂安装调试，便可快速安装，组建保密通信电路，并可立即投入使用，而且该系较体积较小，便于携带。

(4)本发明后期可扩展能力强，可以以本发明为基础，进一步应用于移动电话无线保密通信之中，甚至应用于军用无线电话无线保密通信以及军用无线图像加密传输等诸多混沌保密应用。

(5)本发明应用灵活，可以选择加密或者不加密。当加密开关打开时为加密传输，当加密开关关闭时为直接传输。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的无线语音保密通信系统结构示意图；

图2为本发明具体实施方式的Lorenz混沌驱动系统电路/Lorenz混沌响应系统电路原理图;

图3为本发明具体实施方式的降压接口电路原理图;

图4为本发明具体实施方式的升压接口电路原理图；

图5为本发明具体实施方式的Lorenz混沌驱动系统的仿真信号波形图和Lorenz混沌响应系统的仿真信号波形图，其中，(a)为x状态仿真波形图，(b)为y状态仿真波形图，(c)为z状态仿真波形图；

图6为本发明具体实施方式的控制器电路原理示意图；

图7为本发明具体实施方式的无线语音保密通信原理示意图；

图8为本发明具体实施方式的无线语音保密通信系统的仿真电路图；

图9为本发明具体实施方式的待加密的正弦信号与解密出的正弦信号波形图；

图10为本发明具体实施方式的Lorenz混沌驱动系统电路产生的混沌信号与Lorenz混沌驱动系统电路产生的混沌信号波形对比图，其中，(a)为Lorenz混沌驱动系统电路的x状态信号与Lorenz混沌驱动系统电路的x状态信号波形对比图，(b)为Lorenz混沌驱动系统电路的y状态信号与Lorenz混沌驱动系统电路的y状态信号波形对比图；

图11为本发明具体实施方式的待加密的方波信号与解密出的方波信号波形对比图；

图12为本发明具体实施方式的加密之前的语音信号与解密之后的语音信号波形图；

图13为本发明具体实施方式的通过实际电路观察到的加密之后的语音信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施做详细说明。

本实施方式中，先通过Matlab数值仿真来验证本发明的无线语音保密通信系统技术方案的可行性。

首先，模拟Lorenz混沌系统电路产生混沌信号；

将混沌系统的数学表达式中的x，y，z状态信号转换为适合模拟电路实现的电压信号，并且利用模拟电路实现无线混沌同步，并且最终应用于无线语音加密。本实施方式采用Lorenz混沌系统，该系统用电路来实现。

Lorenz混沌系统的数学表达式：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=\mathrm{\σ}(y-x)\\ \stackrel{\·}{y}=\mathrm{\ρx}-y-\mathrm{xz}\\ \stackrel{\·}{z}=\mathrm{xy}-\mathrm{\βz}\end{array}\right.---\left(1\right)$

当x，y，z状态信号等于一组特定值的时候系统能够达到混沌状态，本实施方式中待定系数σ、ρ、β分别取值为:σ=10,ρ=28,β=8/3，此时系统达到混沌状态，除去该组系数σ、ρ、β，还有其他的数值组合能够使Lorenz系统达到混沌状态，此处不再赘述。

根据Lorenz混沌系统的表达式，首先采用Matlab对该混沌系统模型进行仿真，发现x，y，z变量的数值范围超过通用型运算放大器电压饱和值。因此，对x，y，z变量进行坐标变换，将变量x，y，z的大小变为原来大小的1/10，以使运算放大器工作在放大区。并且，通过搭建实际电路实验发现，Lorenz系统的状态信号的响应速度比较慢，在扫描时间有限的模拟示波器上无法看清，因此，取时间变换T=τ₀t，其中，τ₀是时间变换系数τ₀=1000，t为时间)，即让信号的变化速度变为原来的1000倍，此时原方程变化为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=1000\×10(y-x)\\ \stackrel{\·}{y}=1000\×(28x-y-10\mathrm{xz})\\ \stackrel{\·}{z}=1000\×(10\mathrm{xy}-\frac{8}{3}z)\end{array}\right.---\left(2\right)$

由于积分电路易于硬件实现，因此对式(2)两边同时取积分运算，得到：

$\left\{\begin{array}{c}x=\∫(10000y-10000x)\mathrm{dt}\\ y=\∫(28000x-1000y-10000\mathrm{xz})\mathrm{dt}\\ z=\∫(10000\mathrm{xy}-\frac{8000}{3}z)\mathrm{dt}\end{array}\right.---\left(3\right)$

此时，式(3)积分电路易于实现，因此可根据式(3)进行混沌电路设计，可采用如图2中所示的Lorenz混沌系统信号产生电路。则该Lorenz混沌系统的状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_1=\∫(\frac{R_5}{R_3{R}_1{C}_1}{U}_2-\frac{1}{R_6{C}_1}{U}_1)\mathrm{dt}\\ U_2=\∫(\frac{R_8}{R_7{R}_9{C}_2}{U}_1-\frac{1}{R_{10}{C}_2}{U}_2-\frac{1}{10R_{13}}{U}_1{U}_3)\mathrm{dt}\\ U_3=\∫(\frac{R_{10}}{10R_9{R}_{11}{C}_3}{U}_1{U}_2-\frac{1}{R_{12}{C}_3}{U}_3)\mathrm{dt}\end{array}\right.---\left(4\right)$

对照式(3)和式(4)可以得到Lorenz混沌系统电路的电阻，该电路的电容之间关系表1：

表1电阻电容对应关系表

令C₁=C₂=C₃=1μF,R₁=R₅=R₇=R₈=R₁₁=10KΩ,R₉=35.7KΩ,R₃=R₆=100KΩ,R₁₀=1MΩ,R₁₂=375KΩ,可以得到满足式(3)所示的状态方程的Lorenz混沌系统电路。

通过混沌无线同步，最终实现语音信号的无线加解密。

采用带有延迟的状态反馈控制器实现无线同步，具体示例如下：

驱动系统： $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_1=1000\×10(y_1-x_1)\\ {\stackrel{\·}{y}}_1=1000\×({28x}_1-y_1-{10x}_1{z}_1)\\ {\stackrel{\·}{z}}_1=1000\×({10x}_1{y}_1-\frac{8}{3}{z}_1)\end{array}\right.$

响应系统： $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_2=1000\×10(y_2-x_2)+u\left(e\right)\\ {\stackrel{\·}{y}}_2=1000\×(28x_2-y_2-{10x}_2{z}_2)\\ {\stackrel{\·}{z}}_2=1000\×({10x}_2{y}_2-\frac{8}{3}{z}_2)\\ u\left(e\right)=-1000\×k(x_2-x_1(t-\mathrm{\τ}))\end{array}\right.$

通过Matlab数值仿真，得到Lorenz混沌驱动系统和Lorenz混沌响应系统的x状态、y状态、z状态的波形图，如图5所示，其中，(a)为x状态仿真波形图，(b)为y状态仿真波形图，(c)为z状态仿真波形图，图中的x₁(t)、x₂(t)分别为Lorenz混沌驱动系统x状态和Lorenz混沌响应系统的x状态，y₁(t)、y₂(t)分别为Lorenz混沌驱动系统y状态和Lorenz混沌响应系统的y状态，z₁(t)、z₂(t)分别为Lorenz混沌驱动系统z状态和Lorenz混沌响应系统的z状态，经过数值仿真，发现驱动系统和响应系统可以很好的达到时延同步，然后通过multisim电路仿真搭建如图8所示的无线语音保密通信系统的仿真电路，若取正弦洗脑来仿真实际传输的语音信号，得到无线语音发送系统的信号以及无线语音接收系统的信号如图9所示。这就在理论上验证了本发明的技术方案可行。

接下来具体描述本发明的技术方案的实施方式。

本实施方式的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，包括两个无线语音保密通信系统，即第一无线语音保密通信系统和第二无线语音保密通信系统；无线语音保密通信系统包括无线语音发送系统和无线语音接收系统。

第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音接收系统由进行语音通信的一方持有，第一无线语音保密通信系统的无线语音接收系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统由进行语音通信的另一方持有。

如图1所示，无线语音发送系统包括Lorenz混沌驱动系统电路、降压接口电路、无线发送模块和加密电路。

待加密语音信号接入加密电路的一个输入端，Lorenz混沌驱动系统电路的y状态输出端连接加密电路的另一个输入端，Lorenz混沌驱动系统电路的x状态输出端和加密电路的输出端分别连接降压接口电路的两个不同输入端，降压接口电路的输出端连接无线发送模块。

由于无线发送模块能够承受的信号幅值在几十毫伏到1v之间，超过此范围可能烧坏无线传输模块，而混沌信号的幅值大约为2.5v，因此需要对要传输的混沌信号进行缩小使其适合无线传输模块进行传输，因此，本实施方式选用如图3所示的降压接口电路，其中，采用电阻串联对输入信号进行分压，而且前端电压跟随器的作用是避免混沌信号的引入对原混沌驱动系统产生影响，后端的电压跟随器的作用避免后端的无线发送模块对降压电路产生影响。

降压接口电路安装在无线语音发送系统中，降压接口电路的输入端分别连接加密电路的输出端和Lorenz混沌驱动系统电路的x状态输出端，降压接口电路的输出端连接无线发送模块的输入端。

无线语音发送系统还包括麦克风和耳机接口，作为待加密信号的输入设备的麦克风通过耳机接口连接接入加密电路的一个输入端。

加密电路用于将待加密语音信号和接收到的混沌信号中的y状态信号叠加生成被混沌掩盖的保密信号并将该信号传输至降压接口电路。加密电路由反向加法器和反向比例器组成，加密电路的输入端分别连接音频输入用的3.5mm标准接口和Lorenz混沌驱动系统电路的y状态输出端的混沌掩盖信号，加密后进行无线传输。

无线语音接收系统包括Lorenz混沌响应系统电路、升压接口电路、控制器、无线接收模块和解密电路。

无线接收模块的输出端连接升压接口电路的输入端，升压接口电路的两个不同输出端分别连接控制器的输入端和解密电路的一个输入端，控制器的输出端连接Lorenz混沌响应系统电路的x状态输入端，Lorenz混沌响应系统电路的y状态输出端连接解密电路的另一个输入端，解密电路的输出端输出解密语音信号。

Lorenz混沌驱动系统电路和Lorenz混沌响应系统电路均采用如图2所示的Lorenz混沌电路，该电路主要使用TCL082CP集成运算放大器和AD633JN乘法器搭建，其中TCL082CP通过匹配不同的电阻电容和连接方式组成反向加法器、反向比例器和积分电路。Lorenz混沌驱动系统电路用于产生混沌信号，并将该混沌信号中的x状态信号发送至降压接口电路，将该混沌信号中的y状态信号发送至加密电路。Lorenz混沌驱动系统电路的x状态信号作为同步控制信号经降压接口电路、无线发送模块接入到控制器的一个输入端，Lorenz混沌驱动系统电路的y状态输出端连接加密电路的一个输入端。而响应系统信号产生电路的x状态输出端信号作为同步控制信号加入到控制器的另一个输入端，通过控制器使Lorenz混沌驱动系统电路和Lorenz混沌响应系统电路达到时延同步。而Lorenz混沌响应系统电路的y状态输出端作为混沌去掩盖信号加入到解密电路的一个输入端。

由于无线语音发送系统中采用电阻进行降压，得到的信号的幅值也相应降低，为了不造成解密失真，在接收端也需要升压接口电路进行信号放大使其幅值还原。升压接口电路安装于无线语音接收系统中，升压接口电路的输入端连接无线接收模块的输出端，升压接口电路的输出端连接解密电路的一个输入端。本实施方式选用如图4所示的升压接口电路，该电路是由同相比例电路构成的放大电路，升压接口电路用于对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和混沌信号中的x状态信号进行升压，并将升压后的被混沌掩盖的保密信号发送到解密电路，将升压后的x状态信号发送至控制器。

为了使Lorenz混沌驱动系统电路和Lorenz混沌响应系统电路达到同步，使用电压跟随器和减法器搭建如图6所示的控制器，用于将接收到的x状态信号发送至Lorenz混沌响应系统电路，并控制Lorenz混沌响应系统电路与Lorenz混沌驱动系统电路达到时延同步。电压跟随器用于防止Lorenz混沌驱动系统电路和Lorenz混沌响应系统电路在控制器输入端相互耦合，并减小由于引出信号对混沌系统造成的影响。控制器两个输入端分别为经由无线传输后的驱动系统x状态输出信号和响应系统x状态输出信号，输出端连接响应系统x状态积分电路。

无线发送模块和无线接收模块均选用HL24-0A无线传输模块，负责加密信号的无线传输。

解密电路用于将接收到的被混沌掩盖的保密信号中减去Lorenz混沌响应系统电路产生的混沌信号中的y状态信号，得到解密的语音信号。解密电路由减法器构成，解密电路的输入端分别连接Lorenz混沌响应系统电路的x状态输出端和接收到的加密信号，输出端连接3.5mm标准耳机接口，可连接任意音频设备得到还原的音频信号。

Lorenz混沌响应系统电路用于通过控制器控制其产生混沌信号，且该混沌信号中的y状态信号送至解密电路，该混沌信号与Lorenz混沌驱动系统电路产生的混沌信号时延同步。

第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统与无线语音接收系统之间、第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统与无线语音接收系统之间均进行无线通信。

本实施方式的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信的原理如图7所示，即发送端通过Lorenz混沌驱动系统电路产生混沌信号，将该混沌信号与待加密的信号叠加一起送入接收端，通过Lorenz混沌响应系统电路产生的与Lorenz混沌驱动系统电路时延同步的混沌信号，接收端将接收到的信号减去Lorenz混沌响应系统电路产生的混沌信号，即得到解密后的信号。

以一路单向基于Lorenz混沌电路的无线语音保密通信为例，来说明系统的整个工作过程：

Lorenz混沌驱动系统电路将其x状态信号和y状态信号分别发送给降压接口电路和加密电路；加密电路使y状态信号和待加密音频信号叠加生成被混沌掩盖的保密信号送给降压接口电路；降压接口电路对两组信号进行降压送给无线发送模块进行传输；无线语音接收系统的无线接收模块接收到信号后经升压接口电路分别将两组信号发送给控制器和解密电路；其中对应x状态的信号发送给控制器后控制Lorenz混沌响应系统电路与Lorenz混沌驱动系统电路达到时延同步；这时Lorenz混沌响应系统电路把y状态信号送往解密电路；同时解密电路接收经由升压接口电路送来的无线语音发送系统的保密信号；保密信号减去Lorenz混沌响应系统电路的y状态信号得到解密信号，解密成功，整个混沌保密通信过程结束。

采用上述基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统进行无线语音保密通信的方法，包括以下步骤：

步骤1：进行语音通信的一方持有第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音接收系统，进行语音通信的另一方持有第一无线语音保密通信系统的无线语音接收系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统；

步骤2：将一路待加密语音信号传输至第一无线语音保密通信系统的加密电路，同时Lorenz混沌驱动系统电路产生混沌信号，并将该混沌信号中的x状态信号发送至降压接口电路，将该混沌信号中的y状态信号发送至加密电路；

步骤3：加密电路将待加密语音信号和Lorenz混沌驱动系统电路产生的混沌信号中的y状态信号叠加，生成被混沌掩盖的保密信号并将该信号传输至降压接口电路；

步骤4：降压接口电路对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和混沌信号中的x状态信号进行降压，并将降压后的该两路信号通过无线通信方式发送至第二无线语音保密通信系统的升压接口电路；

步骤5：升压接口电路对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和x状态信号进行升压，并将升压后的被混沌掩盖的保密信号发送到解密电路，将升压后的x状态信号发送至控制器；

步骤6：控制器根据x状态信号产生控制信号，发送至Lorenz混沌响应系统电路的x状态输入端，并控制Lorenz混沌响应系统电路与Lorenz混沌驱动系统电路达到时延同步；

本实施方式中，Lorenz混沌驱动系统电路产生的混沌信号与Lorenz混沌驱动系统电路产生的混沌信号波形对比通过示波器显示，如图10所示，其中，(a)为Lorenz混沌驱动系统电路的x状态信号与Lorenz混沌驱动系统电路的x状态信号，(b)为Lorenz混沌驱动系统电路的y状态信号与Lorenz混沌驱动系统电路的y状态信号。

步骤7：Lorenz混沌响应系统电路产生与Lorenz混沌驱动系统电路时延同步的混沌信号，且该混沌信号中的y状态信号送至解密电路；

步骤8：解密电路将被混沌掩盖的保密信号减去Lorenz混沌响应系统电路产生的混沌信号中的y状态信号，得到解密的语音信号，完成一路无线语音保密通信，即第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音接收系统之间的无线语音保密通信；

步骤9：对另一路待加密语音信号执行步骤2～步骤7，完成另一路无线语音保密通信，即第一无线语音保密通信系统的无线语音接收系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统之间的无线语音保密通信。

由于Lorenz混沌响应系统电路与Lorenz混沌驱动系统电路的时延同步，不易通过相位图观察Lorenz混沌驱动系统与Lorenz混沌响应系统的同步，因此通过示波器观察Lorenz混沌驱动系统电路的混沌信号与Lorenz混沌响应系统电路的混沌信号的时域波形，如图10所示，其中，下半部分为Lorenz混沌驱动系统电路混沌信号的状态信号，上半部分为Lorenz混沌响应系统电路混沌信号的状态信号。从图10中可以发现，驱动系统和响应系统可以达到延时同步，并且同步效果也十分理想。由于实际语音信号不利于观察，为了便于观察，首先选取普通的方波信号进行调试，在示波器上观察得到待加密的方波信号以及解密出的方波信号如图11，其中下半部分是待加密的方波信号，上半部分为解密后的方波波形，可以发现其解密效果非常好。然后，在方波加密解密的基础上，选用语音信号作为加密信号，得到了待加密的语音信号以及解密出的语音信号的波形图如图12，其中，下半部分为待加密的信号，上半部分为解密出的信号，可以看出语音信号的解密效果也十分良好，通过实际的语音播放发现其杂音很小，通过实际测量可以发现，其解密效果十分理想。为了验证其加密效果，用示波器观察其加密之后的信号如图13，可以看出加密后的信号为近似噪声的随机信号，因此语音信号的加密效果也十分理想。

Claims (10)

1.一种基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，其特征在于：包括两个无线语音保密通信系统，即第一无线语音保密通信系统和第二无线语音保密通信系统；

所述无线语音保密通信系统包括无线语音发送系统和无线语音接收系统；

第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音接收系统由进行语音通信的一方持有，第一无线语音保密通信系统的无线语音接收系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统由进行语音通信的另一方持有；

所述无线语音发送系统包括Lorenz混沌驱动系统电路、降压接口电路、无线发送模块和加密电路；

待加密语音信号接入加密电路的一个输入端，Lorenz混沌驱动系统电路的y状态信号输出端连接加密电路的另一个输入端，Lorenz混沌驱动系统电路的x状态信号输出端和加密电路的输出端分别连接降压接口电路的两个不同输入端，将混沌系统的数学表达式中的x、y、z状态信号转换为适合模拟电路实现的电压信号，降压接口电路的输出端连接无线发送模块；

所述无线语音接收系统包括Lorenz混沌响应系统电路、升压接口电路、控制器、无线接收模块和解密电路；

无线接收模块的输出端连接降压接口电路的输入端，升压接口电路的两个不同输出端分别连接控制器的输入端和解密电路的一个输入端，控制器的输出端连接Lorenz混沌响应系统电路的x状态信号输入端，Lorenz混沌响应系统电路的y状态信号输出端连接解密电路的另一个输入端，解密电路的输出端输出解密语音信号；

第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统与无线语音接收系统之间、第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统与无线语音接收系统之间均进行无线通信。

2.根据权利要求1所述的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，其特征在于：所述无线语音发送系统还包括麦克风和耳机接口，作为待加密信号的输入设备的麦克风通过耳机接口连接接入加密电路的一个输入端。

3.根据权利要求1所述的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，其特征在于：所述Lorenz混沌驱动系统电路用于产生混沌信号，并将该混沌信号中的x状态信号发送至降压接口电路，将该混沌信号中的y状态信号发送至加密电路。

4.根据权利要求1所述的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，其特征在于：

所述加密电路用于将待加密语音信号和接收到的混沌信号中的y状态信号叠加生成被混沌掩盖的保密信号并将该信号传输至降压接口电路。

5.根据权利要求1所述的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，其特征在于：所述降压接口电路用于对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和混沌信号中的x状态信号进行降压，并将降压后的该两路信号经无线发送模块和无线接收模块发送至升压接口电路。

6.根据权利要求1所述的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，其特征在于：所述升压接口电路用于对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和混沌信号中的x状态信号进行升压，并将升压后的被混沌掩盖的保密信号发送到解密电路，将升压后的x状态信号发送至控制器。

7.根据权利要求1所述的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，其特征在于：

所述控制器用于将接收到的x状态信号发送至Lorenz混沌响应系统电路，并控制Lorenz混沌响应系统电路与Lorenz混沌驱动系统电路达到时延同步。

8.根据权利要求1所述的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，其特征在于：

所述Lorenz混沌响应系统电路用于通过控制器控制其产生混沌信号，且该混沌信号中的y状态信号送至解密电路，该混沌信号与Lorenz混沌驱动系统电路产生的混沌信号时延同步。

9.根据权利要求1所述的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统，其特征在于：所述解密电路用于将接收到的被混沌掩盖的保密信号中减去Lorenz混沌响应系统电路产生的混沌信号中的y状态信号，得到解密的语音信号。

10.采用权利要求1所述的基于Lorenz混沌电路的双路无线语音保密通信系统进行无线语音保密通信的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：进行语音通信的一方持有第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音接收系统，进行语音通信的另一方持有第一无线语音保密通信系统的无线语音接收系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统；

步骤2：将一路待加密语音信号传输至第一无线语音保密通信系统的加密电路，同时Lorenz混沌驱动系统电路产生混沌信号，并将该混沌信号中的x状态信号发送至降压接口电路，将该混沌信号中的y状态信号发送至加密电路；

步骤3：加密电路将待加密语音信号和Lorenz混沌驱动系统电路产生的混沌信号中的y状态信号叠加，生成被混沌掩盖的保密信号并将该信号传输至降压接口电路；

步骤4：降压接口电路对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和混沌信号中的x状态信号进行降压，并将降压后的该两路信号通过无线通信方式发送至第二无线语音保密通信系统的升压接口电路；

步骤5：升压接口电路对其接收到的被混沌掩盖的保密信号和x状态信号进行升压，并将升压后的被混沌掩盖的保密信号发送到解密电路，将升压后的x状态信号发送至控制器；

步骤6：控制器根据x状态信号产生控制信号，发送至Lorenz混沌响应系统电路的x状态输入端，并控制Lorenz混沌响应系统电路与Lorenz混沌驱动系统电路达到时延同步；

步骤7：Lorenz混沌响应系统电路产生与Lorenz混沌驱动系统电路时延同步的混沌信号，且该混沌信号中的y状态信号送至解密电路；

步骤8：解密电路将被混沌掩盖的保密信号减去Lorenz混沌响应系统电路产生的混沌信号中的y状态信号，得到解密的语音信号，完成一路无线语音保密通信，即第一无线语音保密通信系统的无线语音发送系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音接收系统之间的无线语音保密通信；

步骤9：对另一路待加密语音信号执行步骤2~步骤8，完成另一路无线语音保密通信，即第一无线语音保密通信系统的无线语音接收系统和第二无线语音保密通信系统的无线语音发送系统之间的无线语音保密通信。