CN110011780A - 一种模数混合电光混沌信号同步发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模数混合电光混沌信号装置及方法，包括：数模转换模块，模拟非线性变换模块，模数转换模块，数字非线性变换模块及时钟控制模块；基于模数混合延时反馈电光系统产生混沌信号，通过模拟非线性变换和数字非线性变换提升了信号的带宽和复杂度，并消除了信号的延时特征，保障了系统的安全性；基于所提出的信号发生装置，设计了一种信号再生的方法，用于在不同位置再生与原信号高度相关的混沌信号，保障了混沌信号的可再生性；因此，本发明同时解决了混沌信号的安全性和可再生性较差的问题。
Description
技术领域
本发明属于安全通信技术领域，更具体地，涉及一种模数混合电光混沌信号同步发生装置及方法。
背景技术
随着光通信的应用日益普遍，光通信中的安全问题变得尤为重要。基于混沌的保密光通信系统已成为一个研究热点，一方面，作为用于保障安全性的重要基础部分，该系统对混沌信号发生装置的性能提出了严格的要求。产生光混沌信号的方法主要可以分为两种，第一种是利用激光产生过程的速率方程中激光器内部的场强和载流子浓度两个状态变量直接的非线性耦合来产生混沌输出，第二种是通过外部非线性器件的延时反馈来产生光混沌信号。基于延时反馈的光混沌系统在保密技术中的应用更为广泛，其中引入的延迟时间是关键参数。但通过一些简单的手段，如自相关函数，就可以在未知系统结构的前提下获取系统的延时特征，从而威胁到这一类系统的安全性。
另一方面，高速安全通信对混沌发生装置提出了混沌同步的要求，即要保障混沌信号的可再生性。目前光混沌系统的同步方式可以分为两大类，第一类是待同步双方之间通过单向或双向的通信实现同步，第二类是待同步双方之间无信号耦合，而是同时受到第三方系统的信号注入从而实现同步。但是，受到同步信道和器件参数在物理上的非理想特性的限制，在实践中混沌同步仍然面临挑战。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种模数混合电光混沌信号同步发生装置及方法，旨在解决现有保密光通信系统通常采用延时反馈对混沌信号进行保密，若引入延迟时间的关键参数极易使混沌信号的安全性受到威胁的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种模数混合电光混沌信号同步发生装置，包括第一数模转换模块、第一模拟非线性变换模块、模数转换模块、第一数字非线性变换模块、时钟控制模块；
所述第一数模转换模块，其输入端连接第一数字非线性变换模块的输出端，其输出端连接第一模拟非线性变换模块的输入端，用于将第一数字非线性变换模块输出的第一串行数字电信号转换为第一连续模拟光信号；
所述第一模拟非线性变换模块，其输出端连接模数转换模块的输入端，用于对第一数模转换模块输出的第一连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
所述模数转换模块，其输出端连接第一数字非线性变换模块的输入端，用于将第一模拟非线性变换模块输出的混沌信号转换为并行数字电信号，并控制反馈环路的延时；
所述第一数字非线性变换模块，用于对模数转换模块输出的并行数字电信号进行数字非线性变换处理；
所述时钟控制模块，其输出端连接模数转换模块和数字非线性变换模块，用于提供第一时钟信号，使所控制的数字器件正常工作。
优选地，模数混合电光混沌信号发生装置还包括同步信道、时钟恢复与控制模块、第二数字非线性变换模块、第二数模转换模块、第二模拟非线性变换模块；
所述同步信道，其输入端与模数转换模块的输出端连接，输出端连接时钟恢复与控制模块、第二数字非线性变换模块的输入端，用于长距离传输并行数字电信号；
所述时钟恢复与控制模块其输出端连接第二数字非线性变换模块，用于提取与时钟控制模块同步的第二时钟信号，并使所控制的数字器件正常工作；
所述第二数字非线性变换模块，其输出端连接第二数模转换模块的输入端，用于对模数转换模块输出的并行数字电信号进行数字非线性变换处理，增加混沌信号的混乱程度，同时消除其输出信号与输入信号间的关联性；
所述第二数模转换模块，其输出端连接第二模拟非线性变换模块的输入端，用于将第二数字非线性变换模块输出的串行数字电字电信号转换为第一连续模拟光信号；
所述第二模拟非线性变换模块，用于对第二数模转换模块输出的第一连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理，再生出混沌信号。
所述第二数字非线性变换模块、第二数模转换模块及第二模拟非线性变换模块，其结构与功能分别与第一数字非线性变换模块、第一数模转换模块及第一模拟非线性变换模块相同。
优选地，所述数模转换模块包括第一激光器，第一偏振控制器，波形整形器，第一射频放大器，相位调制器和色散介质；
所述第一激光器用于输出第一连续光载波，并将其传输至第一偏振控制器的输入端；
所述第一偏振控制器的输出端连接第一相位调制器的光输入端，用于调节第一连续光载波的偏振态，使第一连续光载波的偏振方向与第一相位调制器中晶体偏振主轴保持一致；
所述第一波形整形器的输入端连接第一数字非线性变换模块的输出端，输出端连接第一射频放大器的输入端，用于对第一串行数字电信号进行整形；
所述第一射频放大器的输出端连接第一相位调制器的电输入端，用于对第一串行数字电信号放大；
所述第一相位调制器的输出端连接第一色散介质的输入端，用于将放大后的第一串行数字电信号调制到第一连续光载波的相位上；
所述第一色散介质的输出端连接第一模拟非线性变换模块的输入端，用于对经相位调制的光载波进行相位-强度转换，输出第一连续模拟光信号。
优选地，所述第一模拟非线性变换模块包括第一光探测器，第二射频放大器，第二激光器，第二偏振控制器，第一强度调制器，第一偏置电压控制器和第二光探测器；
所述第一光探测器的输入端连接第一色散介质的输出端，输出端连接第二射频放大器的输入端，用于将第一连续模拟光信号转换为第一连续模拟电信号；
所述第二射频放大器的输出端连接第一强度调制器的电信号输入口，用于对第一连续模拟电信号进行放大；
所述第二激光器用于产生第二连续光载波，并将其传输至第二偏振控制器的输入端；
所述第二偏振控制器的输出端连接第一强度调制器的光输入端，用于调节第二连续光载波的偏振态，使第二连续光载波的偏振方向与第一强度调制器中晶体偏振主轴保持一致；
所述第一偏置电压控制器的输出端连接强度调制器的偏置电压输入口，用于通过直流电压源产生可调的恒定偏置电压，控制第一强度调制器的偏置相位；
所述第一强度调制器输出端连接第二光探测器的输入端，用于通过偏置电压将第一连续模拟电信号调制到第二连续光载波上，输出第二连续模拟光信号；
所述第二光探测器的输出端连接模数转换模块的输入端，用于对第一强度调制器输出的第二连续模拟光信号进行探测，获取第二连续模拟电信号为混沌信号；
优选地，所述模数转换模块包括模数转换器和缓冲器；
所述模数转换器的输入端连接第二光探测器的输出端，输出端连接缓冲器的输入端，用于在第一时钟信号的驱动下将模拟非线性变换模块输出的第二连续模拟电信号转换为并行数字电信号；
所述缓冲器的输出端连接第一数字非线性变换模块的输入端，用于临时存储模数转换器输出的并行数字电信号，且存储时间可控；
优选地，所述第一数字非线性变换模块包括第一数字非线性变换器和第一并串转换器；
所述第一数字非线性变换器的输入端连接缓冲器的输出端，输出端连接第一并串转换器的输入端，用于在第一时钟信号的驱动下以模数转换模块输出的并行数字电信号为参数，对预设的数字阵列进行非线性变换处理；
所述第一并串转换器的输出端连接第一波形整形器的输入端，用于将并行数字电信号转换为串行数字电信号；
另一方面，本发明提供了一种模数混合电光混沌信号同步发生方法，包括：
(1)将串行数字电信号调制到第一连续光载波的相位上，通过相位-强度转换输出连续变化的第一模拟光信号；
(2)对第一连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
(3)将混沌信号转换为并行数字信号，并临时存储在缓冲器中；
(4)对并行数字电信号进行数字非线性变换处理后，将其转换为串行数字电信号，转至步骤(1)；
(5)重复步骤(1)～(4)，实现混沌信号的安全性。
优选地，步骤(1)具体包括：
(1.1)调节第一连续光载波的偏振态；
(1.2)对串行数字电信号进行整形处理并放大；
(1.3)将放大的串行数字电信号调制到第一连续光载波的相位上；
(1.4)对经相位调制的光载波进行相位-强度转换，输出连续变化的第一模拟光信号。
优选地，步骤(2)具体包括：
(2.1)将第一连续模拟光信号转换为第一连续模拟电信号，并对其放大；
(2.2)调节第二连续光载波的偏振态；
(2.3)在偏置电压下，将第一连续模拟电信号调制到第二连续光载波上；
(2.4)将以余弦形式传递的第二连续模拟光信号转换为第二连续模拟电信号作为混沌信号。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)相比于现有的基于延时反馈的光学混沌发生装置，本系统一方面通过模拟域和数字域的非线性变换，隐藏了延时特征，使装置可以抵抗针对参数的特定攻击；另一方面，采用第一数字非线性变换模块对模数转换模块输出的并行数字电信号进行数字非线性变换处理，增加混沌信号的混乱程度，同时消除其输出信号与输入信号间的关联性，使装置具有更高的安全性；
(2)相比于现有的光学混沌发生装置，本系统同样可以产生具有高带宽和高复杂度的混沌光信号，而通过将数字信号转换为模拟信号的方式可以抵抗器件参数差异和信道特征的不利影响，保证了混沌光信号的高可再生性，为实现用于保密通信的混沌同步提供技术支撑；
(3)相比于现有的将完整的模拟混沌系统和数字混沌系统进行耦合的模数混合装置，本方案采取了更为简单的装置结构，降低了装置的实现难度，也更利于混沌同步的实现。
附图说明
图1是本发明提供的装置原理示意图；
图2是本实施例提供的装置结构图；
图3是本实施例获取的混沌信号；
图4是本实施例混沌信号的频谱；
图5(a)是本实施例中混沌信号的自相关函数；
图5(b)是本实施例中混沌信号的延时互信息；
图6是本实施例中混沌信号的相关图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一方面，本发明提供了一种模数混合电光混沌信号同步发生装置，包括：第一数模转换模块1、第一模拟非线性变换模块2、模数转换模块3、第一数字非线性变换模块4、时钟控制模块5、同步信道6、时钟恢复与控制模块7、第二数字非线性变换模块8、第二数模转换模块9及第二模拟非线性变换模块10；
所述第一数模转换模块1，其输入端连接第一数字非线性变换模块4的输出端，其输出端连接第一模拟非线性变换模块2的输入端，用于将第一数字非线性变换模块4输出的第一串行数字电信号转换为第一连续模拟光信号；
优选地，通过第一相位调制器将第一串行数字电信号调制到第一连续光载波的相位上，并通过第一色散介质实现相位-强度转换，得到在强度上连续变化的模拟光信号，即第一连续模拟光信号；
优选地，所述第一色散介质包括但不仅限于光纤布拉格光栅和色散补偿光纤等色散器件；
所述第一模拟非线性变换模块2，其输出端连接模数转换模块3的输入端，用于对第一数模转换模块1输出的第一连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理，以提升信号的带宽和复杂度，输出第一混沌信号；
优选地，将光信号经过光探测器转换为电信号后利用射频放大器进行放大，使其幅度大于强度调制器的半波电压，并利用强度调制器余弦形式的传递函数实现模拟非线性变换，所得到的连续模拟光信号经过光探测器转换为电信号；
所述模数转换模块3，其输出端连接第一数字非线性变换模块4的输入端，用于将第一模拟非线性变换模块2输出的连续模拟电信号转换为并行数字电信号；
优选地，对连续模拟电信号进行采样、量化，从而转换为并行数字电信号，并临时存储在缓冲器中，作为数字非线性变换模块4和同步信道6的输入信号；
所述第一数字非线性变换模块4，用于对模数转换模块3输出的并行数字电信号进行数字非线性变换处理，以提升信号的复杂度，同时降低系统对模数转换器等器件的参数要求；
所述时钟控制模块5，其输出端连接模数转换模块3和第一数字非线性变换模块4，用于提供第一时钟信号，使所控制的数字器件正常工作；
所述同步信道6，其输入端与模数转换模块的输出端连接，输出端连接时钟恢复与控制模块、第二数字非线性变换模块的输入端，用于长距离传输并行数字电信号；
优选地，所述同步信道6不限于采用传统同轴电缆通信、光通信、无线通信进行长距离传输并行数字电信号；
所述时钟恢复与控制模块7，其输出端连接第二数字非线性变换模块，用于提取与时钟控制模块同步的第二时钟信号，并使所控制的数字器件正常工作；
所述第二数字非线性变换模块8，其输出端连接第二数模转换模块9的输入端，用于对模数转换模块输出的并行数字电信号进行数字非线性变换处理，增加混沌信号的混乱程度，同时消除其输出信号与输入信号间的关联性；
所述第二数模转换模块9，其输出端连接第二模拟非线性变换模块的输入端，用于将第二数字非线性变换模块输出的串行数字电字电信号转换为第一连续模拟光信号；
所述第二模拟非线性变换模块10，用于对第二数模转换模块输出的第一连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理，再生出混沌信号。
所述第二数字非线性变换模块、第二数模转换模块及第二模拟非线性变换模块，其结构与功能分别与第一数字非线性变换模块、第一数模转换模块及第一模拟非线性变换模块相同。
另一方面，本发明提供了一种模数混合电光混沌信号同步发生方法，包括：
(1)将串行数字电信号调制到第一连续光载波的相位上，通过相位-强度转换输出连续变化的第一模拟光信号；
(2)第一连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
(3)将混沌信号转换为并行数字信号，并临时存储在缓冲器中；
(4)对并行数字电信号进行数字非线性变换处理后，将其转换为串行数字电信号，转至步骤(1)；
(5)重复步骤(1)～(4)，实现混沌信号的同步性与安全性。
优选地，步骤(1)具体包括：
(1.1)调节第一连续光载波的偏振态；
(1.2)对串行数字电信号进行整形处理并放大；
(1.3)将放大的串行数字电信号调制到第一连续光载波的相位上；
(1.4)对经相位调制的光载波进行相位-强度转换，输出连续变化的第一模拟光信号。
优选地，步骤(2)具体包括：
(2.1)将第一连续模拟光信号转换为第一连续模拟电信号，并对其放大；
(2.2)调节第二连续光载波的偏振态；
(2.3)在偏置电压下，将第一连续模拟电信号调制到第二连续光载波上；
(2.4)将以余弦形式传递的第二连续模拟光信号转换为第二连续模拟电信号作为混沌信号。
为进一步说明本发明系统，结合下面具体实施例进行详细介绍：
如图2所示，本实施例中，模数混合电光混沌信号同步发生装置中的第一数模转换模块1的输出端连接第一模拟非线性变换模块2的输入端；用于将第一数字非线性变换模块4输出的第一串行数字电信号转换为第一连续模拟光信号；
所述第一数模转换模块1包括第一激光器11，第一偏振控制器12，第一波形整形器13，第一射频放大器14，第一相位调制器15和第一色散介质16；
所述第一激光器11用于输出第一连续光载波，传输至第一偏振控制器12的输入端；
所述第一偏振控制器12的输出端连接第一相位调制器15的光输入端，用于调节第一连续光载波的偏振态，使其与第一相位调制器15中晶体偏振主轴保持一致；
所述第一波形整形器13的输入端接收第一串行数字电信号，输出端连接第一射频放大器14的输入端，用于对第一串行数字电信号进行整形；
所述第一射频放大器14的输出端连接第一相位调制器15的电输入端，用于对第一串行数字电信号放大；
所述第一相位调制器15的输出端连接第一色散介质16的输入端，用于将放大后的电信号调制到第一连续光载波的相位上；
所述第一色散介质16的输出端连接第一光探测器21的输入端，用于对经相位调制的光载波进行相位-强度转换，转换后的第一连续模拟光信号输出至第一模拟非线性变换模块2；
所述模数混合电光混沌信号同步发生装置中的第一模拟非线性变换模块2的输出端连接模数转换模块3的输入端，用于对第一数模转换模块1输出的第一连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理；
所述第一模拟非线性变换模块2包括：第一光探测器21，第二射频放大器22，第二激光器23，第二偏振控制器24，第一强度调制器25，第一偏置电压控制器26和第二光探测器27；
所述第一光探测器21的输出端连接第二射频放大器22的输入端，用于将第一连续模拟光信号转换为第一连续模拟电信号；
所述第二射频放大器22的输出端连接第一强度调制器25的电信号输入口，用于对传输的第一连续模拟电信号进行放大；
所述第二激光器23用于产生第二连续光载波，传输至第二偏振控制器24的输入端；
所述第二偏振控制器24的输出端连接第一强度调制器25的光输入端，用于调节第二连续光载波的偏振态，使其与第一强度调制器25中晶体偏振主轴保持一致；
第一偏置电压控制器26的输出端连接第一强度调制器25的偏置电压输入口，用于通过直流电压源产生可调的恒定偏置电压，控制第一强度调制器25的偏置相位；
所述第一强度调制器25输出端连接第二光探测器27的输入端，用于通过偏置电压将第二连续模拟电信号调制到第二连续光载波上，输出第二连续模拟光信号；
所述第二光探测器27的输出端连接模数转换器31的输入端，用于对第一强度调制器25输出的第二连续模拟光信号进行探测，获取第二连续模拟电信号为混沌信号，并将其传输至模数转换模块3；
所述模数混合电光混沌信号同步发生装置中的模数转换模块3的输出端连接数字非线性变换模块4的输入端和同步信道6的输入端，用于将第一模拟非线性变换模块2输出的混沌信号转换为并行数字电信号，并控制反馈环路的延时；
所述模数转换模块3包括模数转换器31和缓冲器32；
所述模数转换器31的输入端连接第二光探测器27的输出端，输出端连接缓冲器32的输入端，用于在第一时钟信号的驱动下将第一模拟非线性变换模块2输出的第二连续模拟电信号转换为第一并行数字电信号；
所述缓冲器32的输出端连接第一数字非线性变换器41的输入端和数字发射机61的输入端，用于临时存储模数转换器31输出的第一并行数字电信号，形成位宽更高的第二并行数字电信号，且存储时间可控；
所述模数混合电光混沌信号同步发生装置中的第一数字非线性变换模块4的输出端连接第一数模转换模块1的输入端，用于对模数转换模块3输出的第二并行数字电信号进行数字非线性变换处理；
所述第一数字非线性变换模块4包括：第一数字非线性变换器41和第一并串转换器42；
所述第一数字非线性变换器41的输出端连接第一并串转换器42的输入端，用于在第一时钟信号的驱动下以模数转换模块3输出的第二并行数字电信号为参数，对预设的数字阵列按特定的规则进行非线性变换处理，得到第三并行数字电信号；
所述第一并串转换器42的输出端连接第一波形整形器13的输入端，用于将第三并行数字电信号转换为第一串行数字电信号；
所述模数混合电光混沌信号同步发生装置中的时钟控制模块5，其输出端连接模数转换模块3和第一数字非线性变换模块4，用于提供第一时钟信号，使所控制的数字器件正常工作；
所述时钟控制模块5包括的时钟信号源51用于产生第一时钟信号以驱动模数转换器31、缓冲器32、第一数字非线性变换器41和第一并串转换器42；
所述模数混合电光混沌信号同步发生装置中的同步信道6，其输出端连接时钟恢复与控制模块7的输入端和第二数字非线性变换模块8的输入端，用于长距离传输并行数字电信号；
所述同步信道6包括：数字发射机61、数字信道62和数字接收机63；
所述数字发射机61的输出端连接数字信道62的输入端，用于将第二并行数字电信号调制到高频载波上；
所述数字信道62的输出端连接数字接收机63的输入端，用于传输高频载波；
所述数字接收机63的输出端连接时钟恢复器71的输入端和第二数字非线性变换器81的输入端，用于从高频载波解调得到第二并行数字电信号；
所述模数混合电光混沌信号同步发生装置中的时钟恢复与控制模块7，其输出端连接第二数字非线性变换模块8，用于提取与时钟控制模块5同步的第二时钟信号，并使所控制的数字器件正常工作；
所述时钟恢复与控制模块7包括的时钟恢复器71用于提取第二时钟信号以驱动第二数字非线性变换器81和第二并串转换器82；
所述模数混合电光混沌信号同步发生装置中的第二数字非线性变换模块8的输出端连接第二数模转换模块9的输入端，用于对同步信道6输出的第二并行数字电信号进行数字非线性变换处理；
所述第二数字非线性变换模块8包括：第二数字非线性变换器81和第二并串转换器82；
所述第二数字非线性变换器81的输出端连接第二并串转换器82的输入端，用于在第二时钟信号的驱动下以同步信道6输出的第二并行数字电信号为参数，对预设的数字阵列按与第一数字非线性变换器41相同的规则进行非线性变换处理，得到与第三并行数字电信号相同的第四并行数字电信号；
所述第二并串转换器82的输出端连接第二波形整形器93的输入端，用于将第四并行数字电信号转换为与第一串行数字电信号相同的第二串行数字电信号；
所述模数混合电光混沌信号同步发生装置中的第二数模转换模块9的输出端连接第二模拟非线性变换模块10的输入端；用于将第二数字非线性变换模块8输出的第二串行数字电信号转换为与第一连续模拟光信号相同的第三连续模拟光信号；
所述第二数模转换模块9包括第三激光器91，第三偏振控制器92，第二波形整形器93，第三射频放大器94，第二相位调制器95和第二色散介质96；
所述第三激光器91用于输出第三连续光载波，传输至第三偏振控制器92的输入端；
所述第三偏振控制器92的输出端连接第二相位调制器95的光输入端，用于调节第三连续光载波的偏振态，使其与第二相位调制器95中晶体偏振主轴保持一致；
所述第二波形整形器83的输入端接收第二串行数字电信号，输出端连接第三射频放大器94的输入端，用于对第二串行数字电信号进行整形；
所述第三射频放大器94的输出端连接第二相位调制器95的电输入端，用于对第二串行数字电信号放大；
所述第二相位调制器95的输出端连接第二色散介质96的输入端，用于将放大后的电信号调制到第三连续光载波的相位上；
所述第二色散介质96的输出端连接第三光探测器101的输入端，用于对经相位调制的光载波进行相位-强度转换，转换后的第三连续模拟光信号输出至第二模拟非线性变换模块10；
所述模数混合电光混沌信号同步发生装置中的第二模拟非线性变换模块10的输出端得到与第一混沌信号相同的第二混沌信号，用于对第二数模转换模块9输出的第三连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理；
所述第二模拟非线性变换模块10包括：第三光探测器101，第四射频放大器102，第四激光器103，第四偏振控制器104，第二强度调制器105，第二偏置电压控制器106和第四光探测器107；
所述第三光探测器101的输出端连接第四射频放大器102的输入端，用于将第三连续模拟光信号转换为与第一连续模拟电信号相同的第三连续模拟电信号；
所述第四射频放大器102的输出端连接第二强度调制器105的电信号输入口，用于对传输的第三连续模拟电信号进行放大；
所述第四激光器103用于产生第四连续光载波，传输至第四偏振控制器104的输入端；
所述第四偏振控制器104的输出端连接第二强度调制器105的光输入端，用于调节第四连续光载波的偏振态，使其与第二强度调制器105中晶体偏振主轴保持一致；
第二偏置电压控制器106的输出端连接第二强度调制器105的偏置电压输入口，用于通过直流电压源产生可调的恒定偏置电压，控制第二强度调制器105的偏置相位；
所述第二强度调制器105输出端连接第四光探测器107的输入端，用于通过偏置电压将第三连续模拟电信号调制到第四连续光载波上，输出与第二连续模拟光信号相同的第四连续模拟光信号；
所述第四光探测器107的输出端得到第二混沌信号，用于对第二强度调制器105输出的第四连续模拟光信号进行探测，获取与第二连续模拟电信号相同的第四连续模拟电信号为混沌信号；
上述模数混合电光混沌信号同步发生装置产生的混沌信号x3如图3所示，相应的频谱如图4所示，测得等效带宽达9.71GHz，排列熵达到0.9580，数字信号x1的兰帕尔-齐夫复杂度为1.0351。信号x3的自相关函数和延时互信息如图5(a)、5(b)所示，其中，自相关特性具有δ函数的特征，表明信号x3在时域上的相关性很弱，而自相关函数和延时互信息均无延时签名，表明装置可以抵御特定攻击。同时向数模转换模块1、模拟非线性变换模块2注入重复的串行数字电信号序列，得到如图6所示的信号x3的相关图，从图6显示的正相关特性表明信号具有高度可再生性，为在实际应用中实现混沌同步提供技术保障。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种模数混合电光混沌信号发生装置，其特征在于，包括第一数模转换模块(1)、第一模拟非线性变换模块(2)、模数转换模块(3)、第一数字非线性变换模块(4)、时钟控制模块(5)；
所述第一数模转换模块(1)，其输出端连接第一模拟非线性变换模块(2)的输入端，用于将第一数字非线性变换模块(4)输出的串行数字电信号转换为第一连续模拟光信号；
所述第一模拟非线性变换模块(2)，其输出端连接模数转换模块(3)的输入端，用于对第一数模转换模块(1)输出的第一连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
所述模数转换模块(3)，其输出端连接数字非线性变换模块(4)的输入端，用于将第一模拟非线性变换模块(2)输出的混沌信号转换为并行数字电信号，并控制反馈环路的延时；
所述第一数字非线性变换模块(4)，其输出端连接第一数模转换模块(1)的输入端，用于对模数转换模块(3)输出的并行数字电信号进行数字非线性变换处理，增加混沌信号的混乱程度，同时消除其输出信号与输入信号间的关联性；
所述时钟控制模块(5)，其输出端连接模数转换模块(3)和数字非线性变换模块(4)，用于提供时钟信号，使数字器件正常工作。
2.如权利要求1所述的模数混合电光混沌信号发生装置，其特征在于，还包括同步信道(6)、时钟恢复与控制模块(7)、第二数字非线性变换模块(8)、第二数模转换模块(9)、第二模拟非线性变换模块(10)；
所述同步信道(6)，其输入端与模数转换模块(3)的输出端连接，输出端连接时钟恢复与控制模块(7)、第二数字非线性变换模块(8)的输入端，用于长距离传输并行数字电信号；
所述时钟恢复与控制模块(7)，其输出端连接第二数字非线性变换模块(8)，用于提取与时钟控制模块(8)同步的第二时钟信号，并使所控制的数字器件正常工作；
所述第二数字非线性变换模块(8)，其输出端连接第二数模转换模块(9)的输入端，用于对模数转换模块(3)输出的并行数字电信号进行数字非线性变换处理，增加混沌信号的混乱程度，同时消除其输出信号与输入信号间的关联性；
所述第二数模转换模块(9)，其输出端连接第二模拟非线性变换模块(10)的输入端，用于将第二数字非线性变换模块(8)输出的串行数字电字电信号转换为第一连续模拟光信号；
所述第二模拟非线性变换模块(10)，用于对第二数模转换模块(9)输出的第一连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理，再生出混沌信号。
3.如权利要求1所述的模数混合电光混沌信号发生装置，其特征在于，所述数模转换模块(1)包括第一激光器(11)，第一偏振控制器(12)，波形整形器(13)，第一射频放大器(14)，相位调制器(15)和色散介质(16)；
所述第一激光器(11)用于输出第一连续光载波，并将其传输至第一偏振控制器的输入端；
所述第一偏振控制器(12)的输出端连接相位调制器(15)的光输入端，用于调节第一连续光载波的偏振态，使第一连续光载波的偏振方向与相位调制器(15)中晶体偏振主轴保持一致；
所述波形整形器(13)的输入端连接数字非线性变换模块(4)的输出端，输出端连接第一射频放大器(14)的输入端，用于对串行数字电信号进行整形；
所述第一射频放大器(14)的输出端连接相位调制器(15)的电输入端，用于对串行数字电信号放大；
所述相位调制器(15)的输出端连接色散介质(16)的输入端，用于将放大后的电信号调制到第一连续光载波的相位上；
所述色散介质(16)的输出端连接模拟非线性变换模块(2)的输入端，用于对经相位调制的光载波进行相位-强度转换，输出第一连续模拟光信号。
4.如权利要求3所述的模数混合电光混沌信号发生装置，其特征在于，所述模拟非线性变换模块(2)包括第一光探测器(21)，第二射频放大器(22)，第二激光器(23)，第二偏振控制器(24)，强度调制器(25)，偏置电压控制器(26)和第二光探测器(27)；
所述第一光探测器(21)的输入端连接色散介质(16)的输出端，输出端连接第二射频放大器(22)的输入端，用于将第一连续模拟光信号转换为第一连续模拟电信号；
所述第二射频放大器(22)的输出端连接强度调制器(25)的电信号输入口，用于对传输的第一连续模拟电信号进行放大；
所述第二激光器(23)用于产生第二连续光载波；
所述第二偏振控制器(24)的输出端连接强度调制器(25)的光输入端，用于调节第二连续光载波的偏振态，使第二连续光载波的偏振方向与强度调制器(25)中晶体偏振主轴保持一致；
所述偏置电压控制器(26)的输出端连接强度调制器(25)的偏置电压输入口，用于通过直流电压源产生可调的恒定偏置电压；
所述强度调制器(25)输出端连接第二光探测器(27)的输入端，用于通过偏置电压将第一连续模拟电信号调制到第二连续光载波上，输出第二连续模拟光信号；
所述第二光探测器(27)的输出端连接模数转换模块(3)的输入端；用于将强度调制器(25)输出的第二连续模拟光信号进行探测，获取第二连续模拟电信号为混沌信号。
5.如权利要求4所述的模数混合电光混沌信号发生装置，其特征在于，所述模数转换模块(3)包括模数转换器(31)和缓冲器(32)；
所述模数转换器(31)的输入端连接第二光探测器(27)的输出端，输出端连接缓冲器(32)的输入端，用于在时钟信号的驱动下将模拟非线性变换模块(2)输出的第二连续模拟电信号转换为并行数字电信号；
所述缓冲器(32)的输出端连接数字非线性变换模块(4)的输入端，用于临时存储模数转换器(31)输出的并行数字电信号。
6.如权利要求5所述的模数混合电光混沌信号发生装置，其特征在于，所述数字非线性变换模块(4)包括数字非线性变换器(41)和第一并串转换器(42)；
所述数字非线性变换器(41)的输入端连接缓冲器(32)的输出端，输出端连接第一并串转换器(42)的输入端，用于在时钟信号的驱动下以模数转换模块(3)输出的并行数字电信号为参数，对预设的数字阵列进行非线性变换处理；
所述第一并串转换器(42)的输出端连接波形整形器(13)的输入端，用于将并行数字电信号转换为串行数字电信号。
7.一种模数混合电光混沌信号发生方法，其特征在于，包括：
(1)将串行数字电信号调制到第一连续光载波的相位上，通过相位-强度转换输出连续变化的第一模拟光信号；
(2)第一连续模拟光信号进行模拟非线性变换处理，输出混沌信号；
(3)将混沌信号转换为并行数字信号，并临时存储在缓冲器中；
(4)对并行数字电信号进行数字非线性变换处理后，将其转换为串行数字电信号，转至步骤(1)；
(5)重复步骤(1)～(4)，实现混沌信号的安全性。
8.如权利要求7所述的模数混合电光混沌信号发生方法，其特征在于，步骤(1)具体包括：
(1.1)调节第一连续光载波的偏振态；
(1.2)对串行数字电信号进行整形处理并放大；
(1.3)将放大的串行数字电信号调制到第一连续光载波的相位上；
(1.4)对经相位调制的光载波进行相位-强度转换，输出第一连续模拟光信号。
9.如权利要求6或7所述的模数混合电光混沌信号发生方法，其特征在于，步骤(2)具体包括：
(2.1)将第一连续模拟光信号转换为第一连续模拟电信号，并对其放大；
(2.2)调节第二连续光载波的偏振态；
(2.3)在偏置电压下，将第一连续模拟电信号调制到第二连续光载波上；
(2.4)将以余弦形式传递的第二连续模拟光信号转换为第二连续模拟电信号作为混沌信号。
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