CN109873697A - 一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，包括结构相同的发送端、接收端及设于发送端和接收端之间的部分透光镜，发送端和接收端均包括激光器、分束器、光电检测器、马赫曾德尔相位调制器、反射镜，利用马赫曾德尔相位调制器实现对光信号的相位调制并反馈到激光器中；利用部分透光镜产生强度反馈，使激光器输出的混沌信号为具有高复杂度的混沌信号。本发明的一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，能够实行双向的通信，而且误码率低，保密性强。
Description
技术领域
本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统。
背景技术
混沌是近几十年发展起来的一门科学，由于混沌通信系统具有类似噪声的伪随机信号的优良特性，混沌在保密通信、图像加密以及信号检测等方面都有着广阔的前景。实现混沌通信的一个必备条件是完成混沌同步，使混沌通信系统中的发送机与接收机之间实现同步。混沌系统实现同步后，可以有效提升对信息的保密性能，并且减小接收机接收信号的误差。利用光器件实现混沌通信，具有成本低、性能稳定、误码率低、保密性强等特点。相关技术如公开号为CN107682091的专利文献，公开了一种基于激光混沌自调制的时延隐藏及扩频系统及使用该系统产生激光混沌的方法，该系统包括混沌外腔半导体激光器以及扩频模块，通过外腔半导体激光器产生的混沌光信号经过由驱动信号，光电相位调制器和光纤布拉格光栅组成的扩频模块进行扩频变换，实现了激光混沌信号的平坦宽谱和时延隐藏。目前的研究大多基于单向通信，而随着光通信技术的不断发展，双向、多向混沌保密通信将更具有实际应用价值，同时针对馄饨通信的提高抗干扰和抗破译的能力要求不断提升，对提高混沌通信保密性的研究在不断加深。
因此，基于混沌保密性通信的需求，做出研究改进。
发明内容
基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，包括结构相同的发送端、接收端及设于发送端和接收端之间的部分透光镜，发送端和接收端均包括激光器、分束器、光电检测器、马赫曾德尔相位调制器、反射镜，发射端激光器发出混沌光信号，该光信号经由分束器单元分成三路光信号后，其一路光信号经由光电检测器转换成电信号，该电信号经电放大器放大后进入马赫曾德尔相位调制器；其另一路光信号直接进入马赫曾德尔相位调制器进行相位调制，调制后的信号经由反射镜单元反射再次进入马赫曾德尔相位调制器进行二次调制，二次调制后的信号反馈到激光器；还有一路光信号利用光纤进入部分透光镜将部分信号输出反馈至接收端。
作为优选方案，所述发送端的激光器为第一激光器，所述发送端的分束器包括第一分束器和第二分束器，所述发送端的光电检测器为第一光电检测器，所述发送端的马赫曾德尔相位调制器为第一马赫曾德尔相位调制器，所述发送端的反射镜包括第一反射镜和第二反射镜；所述接收端的激光器为第二激光器，所述接收端的分束器包括第三分束器和第四分束器，所述接收端的光电检测器为第二光电检测器，所述接收端的马赫曾德尔相位调制器为第二马赫曾德尔相位调制器，所述接收端的反射镜包括第三反射镜和第四反射镜。
作为优选方案，所述第一激光器与第一分束器相连接，第一分束器与第二分束器相连接，第一分束器与部分透光镜相连接，第二分束器与第一反射镜相连接，第二分束器与第一马赫曾德尔相位调制器相连接，第一反射镜与第一光电检测器相连接，第一光电检测器与第一电放大器相连接，第一电放大器与第一马赫曾德尔相位调制器相连接，第一马赫曾德尔相位调制器与第二反光镜相连接；所述第二激光器与第四分束器相连接，第四分束器与第三分束器相连接，第四分束器与部分透光镜相连接，第三分束器与第四反射镜相连接，第三分束器与第二马赫曾德尔相位调制器相连接，第四反射镜与第二光电检测器相连接，第二光电检测器与第二电放大器相连接，第二电放大器与第二马赫曾德尔相位调制器相连接，第二马赫曾德尔相位调制器与第三反射镜相连接。
作为优选方案，所述第一激光器和第二激光器的阈值电流均为32mA，信号波长均为1550nm，功率均为10mW。
作为优选方案，所述第一激光器和第二激光器的偏置电流均为32mA。
作为优选方案，所述第一分束器、第二分束器、第三分束器、第四分束器的分光比为1:1。
作为优选方案，所述第一激光器和第二激光器的激光器透明载流子数均为1.6633×108。
作为优选方案，所述第一激光器和第二激光器的外腔反馈延迟时间均为2.8ns；第一激光器到部分透光镜和第二激光器到部分透光镜的反馈延迟时间为2.4ns，部分透光镜反馈至第一激光器和部分透光镜反馈至第二激光器的电光反馈时间延迟均为2.67ns。
本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明的一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，能够实行双向的通信，而且误码率低，保密性强。
附图说明
图1是本发明实施例一的具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统的结构示意图；
图2是本发明实施例一的具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统的第一激光器发送的信号示意图；
图3是本发明实施例一的具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统的第二激光器发送的信号示意图；
图4是本发明实施例一的具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统的第一激光器恢复的信号示意图；
图5是本发明实施例一的具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统的第二激光器恢复的信号示意图；
其中：1-1.第一激光器；1-2.第二激光器；2-1.第一分束器；2-2.第二分束器；2-3.第三分束器；2-4.第四分束器；3-1.第一反射镜；3-2.第二反射镜；3-3.第三反射镜；3-4.第四反射镜；4-1.第一光电检测器；4-2.第二光电检测器；5-1.第一电放大器；5-2.第二电放大器；6-1.第一马赫曾德尔相位调制器；6-2.第二马赫曾德尔相位调制器；7-1.部分透光镜。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例一：
如图1-3所示，本实施例的具有光电相位反馈的混沌加密安全通信系统包括结构相同的发送端、接收端及设于发送端和接收端之间的部分透光镜7-1，发送端和接收端包括第一激光器1-1和第二激光器1-2，第一分束器2-1、第二分束器2-2、第三分束器2-3和第四分束器2-4，第一反射镜3-1和第二反射镜3-2，第三反射镜3-3，第四反射镜3-4，第一光电检测器4-1和第二光电检测器4-2，第一电放大器5-1和第二电放大器5-2，第一马赫曾德尔相位调制器6-1和第二马赫曾德尔相位调制器6-2。
具体的，在发送端和接收端之间，对应器件的参数完全一样。信号源即第一激光器1-1和第二激光器1-2产生的信号中心波长均为1550nm，功率均为10mW，阈值电流均为32mA，偏置电流均为32mA，激光器透明载流子数均为1.6633×108。第一分束器2-1、第二分束器2-2、第三分束器2-3、第四分束器2-4的分光比为1:1
第一激光器1-1的a1端口与第一分束器1-2的b1端口连接，第一分束器2-1的b2端口与第二分束器2-2的c1端口连接，第一分束器2-1的b3端口与部分透光镜7-1的s1端口连接，第二分束器2-1的c2端口与第一反射镜3-1的d1端口连接，第二分束器2-2的c3端口与第一马赫曾德尔相位调制器6-1的g1端口连接，第一反射镜3-1的d2端口与第一光电检测器4-1的e1端口连接，第一光电检测器4-1的e2端口与第一电放大器5-1的f1端口连接，第一电放大器5-1的f2端口与第一马赫曾德尔相位调制器6-1的g3端口连接，第一马赫曾德尔相位调制器6-1的g2端口与第二反光镜3-2的h1端口连接，第二激光器1-2的i1端口与第四分束器2-4的j1端口连接，第四分束器2-4的j2端口与第三分束器2-3的k1端口连接，第四分束器2-4的j3端口与部分透光镜7-1的s2端口连接，第三分束器2-3的k2端口与第四反射镜3-4的m1端口连接，第三分束器2-3的k3端口与第二马赫曾德尔相位调制器6-2的q1端口连接，第四反射镜3-4的m2端口与第二光电检测器4-2的n1端口连接，第二光电检测器4-2的n2端口与第二电放大器5-的p1端口连接，第二电放大器5-2的p2端与第二马赫曾德尔相位调制器6-2的q3端口连接，第二马赫曾德尔相位调制器6-2的q2端口与第三反射镜3-3的r1端口连接。
具体的，本实施例的具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统在第一激光器1-1与第二激光器之间1-2进行通信，将第一激光器1-1作为发送机，第二激光器1-2作为接收机，第一激光器1-1发出一束混沌光信号，该光信号经由第一分束器2-1分两路信号，一路信号进入部分透光镜7-1，另一路信号信号进入第二分束器2-2，在第二分束器2-2再分成两路光信号后，一路光信号利用第一反射镜3-1经由第一光电检测器4-1转换成电信号，该电信号经第一电放大器5-1放大后进入第一马赫曾德尔相位调制器6-1，另一路光信号直接进入第一马赫曾德尔相位调制器6-1，该光信号在第一马赫曾德尔相位调制器6-1进行相位调制后经由第二反射镜3-2反射后进入第一马赫曾德尔相位调制器6-1再次进行相位调制，并将二次调制后的经由第一分束器2-1反馈到第一激光器；利用光纤进入部分透光镜7-1将部分信号输出到接收端，形成反馈。
将第二激光器1-2作为发送机，第一激光器1-1作为接收机，第二激光器1-2发出的光信号与上面类似，这里不再赘述。
本发明利用混沌同步的鲁棒性，该方案中信息调制到发送端激光器的偏置电流上，随后隐藏在混沌载频中，两个激光器都发送是“0”或“1”时，两个激光器同步，否则，处于异步状态。解码的过程从接收端检测获得两端激光器的功率误差，再将接收到的同步误差与本地信号进行运算，就能解密发送端传送的比特，这样增加了系统的保密性，假使信号在传输途中被截获，若无信宿的本地信号，也无法成功解码出要传递的信息。
本发明实现过程：
1、将光信号转变为电信号，利用马赫曾德尔相位调制器，实现对光信号的相位进行调制，反馈到激光器中。
2、利用部分透光镜产生强度反馈，这样激光器输出的混沌信号为具有高复杂度的混沌信号。
3、将发送机产生的混沌信号经由部分透光镜将部分信号经由部分透光镜发送到接收机中。
4、根据混沌的鲁棒性，两端都发送“0”或“1”时，系统处于同步状态，否则，处于异步状态，这样只要检测两端的同步误差，再与本地信号进行对比，就可以恢复发送端传送的信号。这里通过光电检测器将光信号变成电信号，由一个差分运算放大器相减，再与本性地信号进行运算，解调出传输的信息。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是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。
Claims (8)
1.一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，其特征在于，包括发送端、接收端及设于发送端和接收端之间的部分透光镜，发送端和接收端均包括激光器、分束器、光电检测器、马赫曾德尔相位调制器、反射镜，发射端激光器发出混沌光信号，该光信号经由分束器单元分成三路光信号后，其一路光信号经由光电检测器转换成电信号，该电信号经电放大器放大后进入马赫曾德尔相位调制器；其另一路光信号直接进入马赫曾德尔相位调制器进行相位调制，调制后的信号经由反射镜单元反射再次进入马赫曾德尔相位调制器进行二次调制，二次调制后的信号反馈到激光器；还有一路光信号利用光纤进入部分透光镜将部分信号输出反馈至接收端。
2.如权利要求1所述的一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，其特征在于，所述发送端的激光器为第一激光器，所述发送端的分束器包括第一分束器和第二分束器，所述发送端的光电检测器为第一光电检测器，所述发送端的马赫曾德尔相位调制器为第一马赫曾德尔相位调制器，所述发送端的反射镜包括第一反射镜和第二反射镜；所述接收端的激光器为第二激光器，所述接收端的分束器包括第三分束器和第四分束器，所述接收端的光电检测器为第二光电检测器，所述接收端的马赫曾德尔相位调制器为第二马赫曾德尔相位调制器，所述接收端的反射镜包括第三反射镜和第四反射镜。
3.如权利要求2所述的一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，其特征在于，所述第一激光器与第一分束器相连接，第一分束器与第二分束器相连接，第一分束器与部分透光镜相连接，第二分束器与第一反射镜相连接，第二分束器与第一马赫曾德尔相位调制器相连接，第一反射镜与第一光电检测器相连接，第一光电检测器与第一电放大器相连接，第一电放大器与第一马赫曾德尔相位调制器相连接，第一马赫曾德尔相位调制器与第二反光镜相连接；所述第二激光器与第四分束器相连接，第四分束器与第三分束器相连接，第四分束器与部分透光镜相连接，第三分束器与第四反射镜相连接，第三分束器与第二马赫曾德尔相位调制器相连接，第四反射镜与第二光电检测器相连接，第二光电检测器与第二电放大器相连接，第二电放大器与第二马赫曾德尔相位调制器相连接，第二马赫曾德尔相位调制器与第三反射镜相连接。
4.如权利要求2或3任一项所述的一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，其特征在于，所述第一激光器和第二激光器的阈值电流均为32mA，信号波长均为1550nm，功率均为10mW。
5.如权利要求2或3任一项所述的一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，其特征在于，所述第一激光器和第二激光器的偏置电流均为32mA。
6.如权利要求2或3任一项所述的一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，其特征在于，所述第一分束器、第二分束器、第三分束器、第四分束器的分光比为1:1。
7.如权利要求2或3任一项所述的一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，其特征在于，所述第一激光器和第二激光器的激光器透明载流子数均为1.6633×108。
8.如权利要求2或3任一项所述的一种具有光电相位与强度反馈的混沌加密安全通信系统，其特征在于，所述第一激光器和第二激光器的外腔反馈延迟时间均为2.8ns；第一激光器到部分透光镜和第二激光器到部分透光镜的反馈延迟时间为2.4ns，部分透光镜反馈至第一激光器和部分透光镜反馈至第二激光器的电光反馈时间延迟均为2.67ns。
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