CN108390729A - 一种带宽可控的光随机信号源产生方案 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光信号的调制和变换技术，公开了一种带宽可控的光随机信号源的产生方法。初始信号通过调制变成一个带宽不可控的随机信号，利用声光相关器与一个带宽可控的高斯信号做相关运算并输出一个随机信号。最终输出的随机信号的带宽可以通过控制高斯信号的带宽实现。本发明直接利用信号相关运算的特性来实现随机信号带宽的控制，原理科学，容易实现，装置简单，易于调制。本发明可以作为一种带宽可控的随机信号源，可用于保密通信。

Description

一种带宽可控的光随机信号源产生方案
技术领域
本方案涉及光束和脉冲的调制和两个光信号关联的技术，具体涉及一种带宽可控的空间随机信号产生方法和一种带宽可控的随机脉冲信号的产生方法，可用于光通信的信号加密领域。
背景技术
随机信号是指没有确定的变化形式，变化过程不可能用一个或者几个时间的确定函数来描述的信号。由于随机信号没有确定的时间函数表达式，只能通过其随时间或其幅度取值的统计特征来表达。描述随机信号的主要统计特征有数学期望(描述随机信号的平均值)、方差值(描述随机信号幅度变化的强度)、概率密度函数(描述信号振幅数值的概率)、相关函数 (描述随机信号的两个不同时间点的幅度值之间的联系程度的数值)和功率谱密度(描述随机信号在平均以易山的功率谱特性)。随机信号的不可捉摸的特性使其在通信、雷达、导航以及密码学等领域获得了广泛的应用。尤其在保密通信领域，随机信号更是有巨大的应用前景。基于混沌的空间光通信就是随机信号在保密通信应用中一种。这种通信方式理论上可以抵御任何形式的入侵。
虽然随机信号有广泛的应用前景，但由于它本身的随机特性，对随机信号的控制一直是随机信号应用的一道难题。在这里,我们提出一种通过控制门函数来控制随机信号带宽的方法。高斯信号就可以起到的门函数作用。高斯信号经过傅里叶变换得到的频谱仍然是高斯形状，并且其带宽与脉宽成反比。根据关联的特性，时域关联等同于频域相乘，将随机信号与高斯信号关联后的输出信号可以通过改变高斯信号的脉宽控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带宽可控的光随机信号源产生方法，原理简单，容易实现，具有实际应用价值，能够实现光随机信号源输出的随机信号带宽的控制，其实现结构简单，制造成本低。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种带宽可控的光随机信号源产生方案，
包含如下步骤：
(1)对初始信号进行调制，得到一个随机信号；
(2)通过一个输出信号带宽可控的信号源得到一个高斯信号；
(3)将随机空间信号和高斯信号通过声光相关器进行运算，其输出信号的带宽可以通过调整高斯信号带宽控制，这样就可以实现可控带宽的光随机信号源的产生。
本发明方案还包括提供一种带宽可控的空间随机信号源和一种带宽可控的随机脉冲信的装置。
一种带宽可控的空间随机信号源的装置描述：由信号源1输出的空间信号，经过空间光调制器后变成随机空间信号；由信号源2输出一个带宽可控的高斯空间信号；随机空间信号和高斯空间信号通过一个空间积分声光相关器进行关联运算后输出。输出的随机空间信号的带宽可以通过设置高斯信号的带宽来控制。
一种带宽可控的时间随机信号源的装置描述：由信号源1输出的脉冲信号，经过加载了随机数产生器产生的随机数的光调制器调制后变成随机脉冲信号；由信号源2输出一个带宽可控的高斯脉冲；随机脉冲信号和高斯脉冲信号通过一个时间积分声光相关器进行关联运算后输出。输出的随机脉冲信号的带宽可以通过设置高斯脉冲信号的带宽来控制。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、直接控制高斯信号的带宽来实现对随机信号的带宽控制，原理简单，容易实现；
2、装置结构简单，易于调整，制造成本低；
3、不需要借助其他特殊的光学元件，装置稳定性好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种带宽可控的空间随机信号源装置的结构示意图，图中，1：信号源1；2：信号源2；3：空间光调制器；4：计算机；5：空间积分声光相关器；
图2是本发明实施例一种带宽可控的空间随机信号源装置中光束的变化过程示意图；(a) 从信号源1中输出的初始信号经过空间光调制器后调制产生的随机信号示意图；(b)信号源2 产生的带宽可控的高斯信号示意图；(c)随机信号和高斯信号经过空间积分声光相关器后产生的随机信号示意图；(d)从信号源1中输出的初始光束经过空间光调制器后调制产生的随机信号的频谱示意图；(e)信号源2产生的带宽可控的高斯光束的频谱示意图；(f)随机信号和高斯信号经过空间积分声光相关器后产生的随机信号的频谱示意图；
图3是本发明实施例提供的一种带宽可控的时间随机信号源装置的结构示意图，图中，1：信号源1；2：信号源2；3：光调制器；4：随机数产生器；5：时间积分声光相关器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步描述。
参见附图1，本实施例提出的带宽可控的空间随机信号源装置系统，包括信号源1、信号源2、空间光调制器3、计算机4、空间积分声光相关器5.
以上各部分的功能分别说明如下：
信号源1，用于输出初始光束；
信号源2，用于输出带宽可控的高斯光束；
空间光调制器3，用于对信号源1输出的初始光束进行调制并输出空间随机信号；
计算机4，用于控制空间光调制器2；
空间积分声光相关器5，用于对空间光调制器2输出的空间随机信号和高斯信号做相关运算。
利用上述装置设计的带宽可控的空间随机信号源，具体操作步骤如下：
1、由信号源1输出初始空间信号。
2、该空间信号经过有计算机控制的空间光调制器调制后，输出一个空间随机信号，参见附图2(a)和(d)。该空间随机信号的特征可以通过计算机控制。
3、由信号源4输出一个高斯信号，参见附图2(b)和(e)，该高斯光束的带宽是可以控制的。
4、随机信号和高斯信号输出空间积分声光相关器进行相关运算，输出一个带宽可控的空间随机信号，参见附图2(c)和(f)，该随机信号的带宽可通过改变高斯信号的带宽控制。
参见附图3，参见附图1，本实施例提出的带宽可控的时间随机信号源装置系统，包括信号源1、信号源2、光调制器3、随机数产生器4、时间积分声光相关器5.
以上各部分的功能分别说明如下：
信号源1，用于输出初始脉冲信号；
信号源2，用于输出带宽可控的高斯脉冲信号。
光调制器3，用于对信号源1输出的初始脉冲信号进行调制并输出随机脉冲信号；
随机数产生器4，用于产生随机数；
时间积分声光相关器5，用于对光调制器2输出的随机脉冲信号和高斯脉冲信号做相关运算。
利用上述装置设计的带宽可控的时间随机信号源，具体操作步骤如下：
1、由信号源1输出初始脉冲信号。
2、该脉冲信号经过加载了随机数产生器产生的随机数的光调制器调制后，输出一个随机脉冲信号。该随机脉冲信号的特征可以通过随机数产生器控制。
3、由信号源2输出一个高斯脉冲信号。该高斯脉冲信号的带宽是可以控制的。
4、随机脉冲信号和高斯脉冲信号输入到时间积分声光相关器进行相关运算，输出一个带宽可控的随机脉冲信号。该随机脉冲信号的带宽可通过改变高斯脉冲信号的带宽控制。

Claims (10)

1.一种带宽可控的空间光随机信号源的产生方案，其特征在于以下步骤：
(1)由信号源1输出的空间光束，在经过空间光调制器后被调制为一个随机空间信号；
(2)由信号源2输出一个带宽可控的空间高斯信号；
(3)将得到随机空间信号与高斯信号关联，输出一个空间随机信号。
2.一种带宽可控的空间光随机信号源的装置，包括信号源1，信号源2，空间光调制器，计算机，空间积分声光相关器，其特征在于：由信号源1输出的初始光束，在经过空间光调制器后得到一个空间随机信号，该信号与信号源2输出的带宽可控的高斯光束经过空间积分声光相关器做相关运算后输出。
3.根据权利要求2所述的一种带宽可控的空间光随机信号源的装置，其特征在于：所述的空间光调制器是由计算机操控，使用空间光调制器主要是为了得到一个原始空间随机信号，该随机信号的统计特征可通过计算机控制。
4.根据权利要求2所述的一种带宽可控的空间光随机信号源的装置，其特征在于：所述的信号源2输出的信号是带宽可控的高斯信号，通过调整高斯信号的带宽可以控制最后输出的随机信号的带宽。
5.根据权利要求2所述的一种带宽可控的空间光随机信号源的装置，其特征在于：所述的空间积分声光相关器是为了实现空间光调制器输出的空间随机信号和高斯信号的相关运算。
6.一种带宽可控的时间光随机信号源的产生方案，其特征在于以下步骤：
(1)由信号源1输出的脉冲信号，在经过光调制器后被调制为随机脉冲信号；
(2)由信号源2输出一个带宽可控的高斯脉冲信号；
(2)将得到的随机脉冲信号与高斯脉冲信号关联，输出一个随机脉冲信号。
7.一种带宽可控的时间光随机信号源的装置，包括信号源1，光调制器，随机数产生器，信号源2，时间积分声光相关器，其特征在于：由信号源1输出的初脉冲，在经过光调制器后得到一个随机脉冲信号，该信号与信号源2输出的带宽可控的高斯脉冲信号经过时间积分声光相关器做相关运算后输出。
8.根据权利要求7所述的一种带宽可控的时间光随机信号源的装置，其特征在于：所述的随机数产生器可以产生不同统计特征的随机数，并通过光调制器加载到信号源1产生的初始脉冲上，得到一个随机脉冲信号。
9.根据权利要求7所述的一种带宽可控的时间光随机信号源的装置，其特征在于：所述的信号源2输出的带宽可控的高斯脉冲信号，通过调整高斯脉冲信号的带宽可以控制最后输出的随机信号的带宽。
10.根据权利要求7所述的一种带宽可控的时间光随机信号源的装置，其特征在于：所述的时间积分声光相关器十是为了实现随机脉冲信号和高斯脉冲信号的相关运算。
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