CN114567437B - 基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号传输技术领域，具体是基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，包括拉曼光学传输系统激光信号发射装置、激光传输调整模块和拉曼光谱信号光学解调装置，本发明为基站传输，在传输中间不需要进行线路的铺设，除了在部分有物体遮挡住时采用折反射透镜调整光学通路即可，完全免去了目前光纤传输中线路铺设以及维护的成本；同时为了确保信息在传播过程中的保密性，采用了与单片机结合的一定范围内的随机数生成，形成第一道加密；当激光进入特殊的解密软件系统才可获得随机数，形成第二道加密；一定范围内随机数与样品试管编号所对应，形成第三道加密；三道加密环环相扣，互相作用，大大增加了信息传播的安全性。

Description

基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统

技术领域

本发明涉及信号传输技术领域，具体是基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统。

背景技术

信号传输系统一直是电子技术的着重研究领域，并且近些年来一直热度不减。信号传输系统的职责是将语音、数据以及图像等信息实现远程传输。信号传输系统主要包括三个部分：载波调制区，传播区以及信号解调区。在载波调制区，将所需要传输的信息转变成电信号，经过调制，将包含信息的电信号附加至特定的传输媒介，如：激光等，这些有利于传输的电磁波。在传播区，通过设立各种辅助装置，如：放大器等，以确保电磁波的顺利传输。在信号解调区，设立信号接收器，将电磁波经解调还原为电信号，即可获得原信号。即信号传输系统包括调制—传输—解调全过程。

但目前的信号传输系统往往都是采用光纤通信，光纤通信具备多种优点如：通信容量大，传输损耗低，中继距离长，抗干扰性能强等优点可在特殊环境或军事上使用。不过由于光纤具有实体性，所以往往需要大量人的人力进行光纤制作以及掩埋。并且，随着社会的发展，通信通道的增加需要不断地对线路进行调整导致光纤隐蔽性越来越差，光纤传输系统存在着许多需要完善改进的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案是：基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，包括拉曼光学传输系统激光信号发射装置、激光传输调整模块和拉曼光谱信号光学解调装置，所述拉曼光学传输系统激光信号发射装置包括固体激光器、单片机、调制器一和调制器二，所述固体激光器和调制器一均与单片机电性连接，所述固体激光器与调制器一电性连接，所述调制器二电性连接有透射型光栅、道威棱镜、三棱反射镜和透镜一，所述固体激光器发出的激光依次通过透射型光栅、道威棱镜、三棱反射镜和透镜一，所述激光传输调整模块包括透镜二、两个三角棱镜、光路调节器一、光路调节器二和透镜三，透过所述透镜一后的激光依次通过透镜二、两个三角棱镜、光路调节器一、光路调节器二和透镜三，所述拉曼光谱信号光学解调装置包括样品池放置台、旋转样品池、解调器、拉曼光谱光谱仪、单片机解码器和分束镜，所述样品池放置台与旋转样品池相固定，所述旋转样品池靠近样品池放置台的一侧连接有接收口一，所述单片机解码器上连接有接收口二，所述解调器与旋转样品池电性连接，所述单片机解码器均与样品池放置台电性连接，所述解调器与拉曼光谱光谱仪电性连接，通过所述透镜三后的激光通过分束镜分成两束光，且两束光分别对应接收口一和接收口二。

优选的，所述拉曼光学传输系统激光信号发射装置还包括电源和蓄电池，所述固体激光器与电源之间连接有电池切换器，且电池切换器上连接有切换键。

优选的，所述调制器一上连接有显示屏一、两个控制旋钮一和两个外接USB 2.0兼容的IO接口一，所述调制器二上连接有控制旋钮二和显示屏二，所述固体激光器上电性连接有显示屏三。

优选的，所述激光传输调整模块还包括电池一，所述电池一上连接有充电接口。

优选的，所述激光传输调整模块整体下端连接有模块支柱，所述透射型光栅、道威棱镜、三棱反射镜和透镜一的下端均连接有可调底座。

优选的，所述拉曼光谱信号光学解调装置还包括电池二，所述电池二和解调器上均连接有USB 2.0兼容的IO接口二。

优选的，所述解调器上连接有显示屏四，所述拉曼光谱光谱仪上连接有显示屏五，所述单片机解码器上连接有显示屏六。

优选的，所述单片机解码器上连接有USB 2.0兼容的IO接口三。

优选的，所述拉曼光学传输系统激光信号发射装置和拉曼光谱信号光学解调装置上均安装有玻璃门。

优选的，所述旋转样品池的下端通过转轴连接有驱动机构，所述旋转样品池的上端环绕其圆心均匀放置有样品试管。

本发明通过改进在此提供基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

其一：本发明中的系统不同于往常的光纤信号传输系统，改进为基站传输，在传输中间不需要进行线路的铺设，除了在部分有物体遮挡住时采用折反射透镜调整光学通路即可，完全免去了目前光纤传输中线路铺设以及维护的成本；同时为了确保信息在传播过程中的保密性，采用了与单片机结合的一定范围内的随机数生成，形成第一道加密；当激光进入特殊的解密软件系统才可获得随机数，形成第二道加密；一定范围内随机数与样品试管编号所对应，形成第三道加密；三道加密环环相扣，互相作用，大大增加了信息传播的安全性；

其二：本发明在系统的发射区设立加密装置，将输入信号时的一个随机参数引入嵌入式电子电路控制系统，生成一定范围内的随机数，将此数据与其他干扰数据一同调制至传输光束中，同时将所需传播的信息调制至入射光束的拉曼散射光谱；当电磁波经过传播，光信号进入接收器后首先对信息进行解调，可得到一组包含随机数的数组，根据解密软件系统即可得到随机数，随机数与旋转样品池液体编号对应；接着转机控制光束通过可选择的旋转样品池，光束发生拉曼散射与瑞利散射，拉曼光谱由光谱仪接收，从而进行信号解调；由于目前大部分的信息拦截都是在传输过程中，此系统可以完全避免传播途中的信息泄露，大大提高了信息传输的保密性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释：

图1是本发明的拉曼光学传输系统激光信号发射装置的结构示意图；

图2是本发明的激光传输调整模块的结构示意图；

图3是本发明的拉曼光谱信号光学解调装置的结构示意图；

图4是本发明的总体结构示意图。

附图标记说明：

11、固体激光器；21、电源；31、单片机；41、调制器一；51、控制旋钮一；61、显示屏一；71、IO接口一；81、透射型光栅；91、道威棱镜；101、三棱反射镜；111、透镜一；121、调制器二；131、控制旋钮二；161、显示屏二；171、显示屏三；181、蓄电池；191、电池切换器；201、切换键；12、透镜二；22、充电接口；32、电池一；42、光路调节器一；52、光路调节器二；62、模块支柱；72、透镜三；82、三角棱镜；13、样品池放置台；23、旋转样品池；53、电池二；63、IO接口二；73、解调器；83、显示屏四；113、显示屏五；123、拉曼光谱光谱仪；133、显示屏六；143、单片机解码器；153、IO接口三；163、接收口二；173、分束镜；183、接收口一。

具体实施方式

下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，本发明的技术方案是：

如图1-图4所示，基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，包括拉曼光学传输系统激光信号发射装置、激光传输调整模块和拉曼光谱信号光学解调装置，拉曼光学传输系统激光信号发射装置包括固体激光器11、单片机31、调制器一41和调制器二121，固体激光器11用于发射载波，单片机31包含生成随机数代码，调制器一41用于调制单片机的随机数生成与激光器的相关基础参数，调制器二121用于调制光路；

固体激光器11和调制器一41均与单片机31电性连接，固体激光器11与调制器一41电性连接，调制器二121电性连接有透射型光栅81、道威棱镜91、三棱反射镜101和透镜一111，透射型光栅81用于调制输出光信号波段，道威棱镜91用于调制输出光信号相位，三棱反射镜101用于调制输出光信号传播方向，透镜一111用于汇聚光束；

固体激光器11发出的激光依次通过透射型光栅81、道威棱镜91、三棱反射镜101和透镜一111；

激光传输调整模块包括透镜二12、两个三角棱镜82、光路调节器一42、光路调节器二52和透镜三72，透过透镜一111后的激光依次通过透镜二12、两个三角棱镜82、光路调节器一42、光路调节器二52和透镜三72，拉曼光谱信号光学解调装置包括样品池放置台13、旋转样品池23、解调器73、拉曼光谱光谱仪123、单片机解码器143和分束镜173，样品池放置台13与旋转样品池23相固定，旋转样品池23靠近样品池放置台13的一侧连接有接收口一183，单片机解码器143上连接有接收口二163，解调器73与旋转样品池23电性连接，单片机解码器143均与样品池放置台13电性连接，解调器73与拉曼光谱光谱仪123电性连接，通过透镜三72后的激光通过分束镜173分成两束光，且两束光分别对应接收口一183和接收口二163。

其中，调制器一41上连接有显示屏一61、两个控制旋钮一51和两个外接USB 2.0兼容的IO接口一71，显示屏一61用于可视化调制器一41，显示操作的过程，两个控制旋钮一51分别对应单片机31与固体激光器11的参数调动，两个外接USB 2.0兼容的IO接口一71用于外接电源与电脑，电脑配置要求满足内存不小于6G，主频不小于4GHz，电脑用于调制入射光束的拉曼散射光谱，调制器二121上连接有控制旋钮二131和显示屏二161，固体激光器11上电性连接有显示屏三171，控制旋钮二131设置有四个，分别对应透射型光栅81、道威棱镜91、三棱反射镜101和透镜一111的调节，显示屏二161用于可视调制器二121，显示操作的过程，显示屏三171用于可视固体激光器11的相关参数情况。

其中，拉曼光学传输系统激光信号发射装置还包括电源21和蓄电池181，电源21用于给其他必要模块供电，蓄电池181主要给显示屏三171与调制器二121供电，并且可当作激光器的紧急备用电源，需要定期更换，固体激光器11与电源21之间连接有电池切换器191，且电池切换器191上连接有切换键201，切换键201正常情况下切至电源21方向，当电源21出现供电不足时，可切换至蓄电池181方向。

其中，激光传输调整模块还包括电池一32，电池一32上连接有充电接口22，当装置电量耗尽即可整体模块充电。

其中，激光传输调整模块整体下端连接有模块支柱62，因该系统的激光信号一般在空中传播，因此需要模块支柱62将该模块安装在较高的位置，可根据实际情况调整，透射型光栅81、道威棱镜91、三棱反射镜101和透镜一111的下端均连接有可调底座。

其中，拉曼光谱信号光学解调装置还包括电池二53，电池二53和解调器73上均连接有USB 2.0兼容的IO接口二63，用于外接充电或与电脑连接，电脑配置要求满足内存不小于6G，主频不小于4GHz。

其中，解调器73上连接有显示屏四83，用于可视化操作，拉曼光谱光谱仪123上连接有显示屏五113，单片机解码器143上连接有显示屏六133，用于显示单片机解码器143的解码过程。

其中，单片机解码器143上连接有USB 2.0兼容的IO接口三153，正常情况下用于外接充电当需要改写解码系统时可与电脑连接，电脑配置要求满足内存不小于6G，主频不小于4GHz。

其中，拉曼光学传输系统激光信号发射装置和拉曼光谱信号光学解调装置上均安装有玻璃门。

其中，旋转样品池23的下端通过转轴连接有驱动机构，旋转样品池23的上端环绕其圆心均匀放置有样品试管。

在系统的发射区设立加密装置，将输入信号时的一个随机参数引入嵌入式电子电路控制系统，生成一定范围内的随机数，将此数据与其他干扰数据一同调制至传输光束中，同时将所需传播的信息调制至入射光束的拉曼散射光谱；当电磁波经过传播，光信号进入接收器后首先对信息进行解调，可得到一组包含随机数的数组，根据解密软件系统即可得到随机数，随机数与旋转样品池23液体编号对应；接着转机控制光束通过可选择的旋转样品池23，光束发生拉曼散射与瑞利散射，拉曼光谱由拉曼光谱光谱仪123接收，从而进行信号解调；由于目前大部分的信息拦截都是在传输过程中，此系统可以完全避免传播途中的信息泄露，大大提高了信息传输的保密性。

该系统不同于往常的光纤信号传输系统，改进为基站传输，在传输中间不需要进行线路的铺设，除了在部分有物体遮挡住时采用折反射透镜调整光学通路即可，完全免去了目前光纤传输中线路铺设以及维护的成本；同时为了确保信息在传播过程中的保密性，采用了与单片机结合的一定范围内的随机数生成，形成第一道加密；当激光进入特殊的解密软件系统，即独立的解调器73，才可获得随机数，形成第二道加密；一定范围内随机数与样品试管编号所对应，形成第三道加密；三道加密环环相扣，互相作用，大大增加了信息传播的安全性。

上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，其特征在于：包括拉曼光学传输系统激光信号发射装置、激光传输调整模块和拉曼光谱信号光学解调装置，所述拉曼光学传输系统激光信号发射装置包括固体激光器（11）、单片机（31）、调制器一（41）和用于调制光路的调制器二（121），所述固体激光器（11）和调制器一（41）均与单片机（31）电性连接，所述固体激光器（11）与调制器一（41）电性连接，且调制器一（41）用于调制单片机（31）的随机数生成与固体激光器（11）的相关基础参数，调制器二（121）将此随机数数据与其他干扰数据一同调制至传输光束中，同时将所需传播的信息调制至入射光束的拉曼散射光谱；所述调制器二（121）电性连接有透射型光栅（81）、道威棱镜（91）、三棱反射镜（101）和透镜一（111），所述固体激光器（11）发出的激光依次通过透射型光栅（81）、道威棱镜（91）、三棱反射镜（101）和用于汇聚光束的透镜一（111），所述透射型光栅（81）用于调制输出光信号波段，所述激光传输调整模块包括透镜二（12）、两个三角棱镜（82）、光路调节器一（42）、光路调节器二（52）和透镜三（72），透过所述透镜一（111）后的激光依次通过透镜二（12）、两个三角棱镜（82）、光路调节器一（42）、光路调节器二（52）和透镜三（72），所述拉曼光谱信号光学解调装置包括样品池放置台（13）、旋转样品池（23）、解调器（73）、拉曼光谱光谱仪（123）、单片机解码器（143）和分束镜（173），所述样品池放置台（13）与旋转样品池（23）相固定，所述旋转样品池（23）靠近样品池放置台（13）的一侧连接有接收口一（183），所述单片机解码器（143）上连接有接收口二（163），所述解调器（73）与旋转样品池（23）电性连接，且解调器（73）对进入的光信号信息进行解调，得到一组包含随机数的数组，所述单片机解码器（143）均与样品池放置台（13）电性连接，所述解调器（73）与拉曼光谱光谱仪（123）电性连接，通过所述透镜三（72）后的激光通过分束镜（173）分成两束光，且两束光分别对应接收口一（183）和接收口二（163），光束通过可选择的旋转样品池（23），光束发生拉曼散射与瑞利散射，拉曼光谱由拉曼光谱光谱仪（123）接收，实现进行信号解调；采用与单片机（31）结合的一定范围内的随机数生成，形成第一道加密；当激光进入独立的解调器（73）才可获得随机数，形成第二道加密；一定范围内随机数与样品试管编号所对应，形成第三道加密。

2.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，其特征在于：所述拉曼光学传输系统激光信号发射装置还包括电源（21）和蓄电池（181），所述固体激光器（11）与电源（21）之间连接有电池切换器（191），且电池切换器（191）上连接有切换键（201）。

3.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，其特征在于：所述调制器一（41）上连接有显示屏一（61）、两个控制旋钮一（51）和两个外接USB2.0兼容的IO接口一（71），所述调制器二（121）上连接有控制旋钮二（131）和显示屏二（161），所述固体激光器（11）上电性连接有显示屏三（171）。

4.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，其特征在于：所述激光传输调整模块还包括电池一（32），所述电池一（32）上连接有充电接口（22）。

5.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，其特征在于：所述激光传输调整模块整体下端连接有模块支柱（62），所述透射型光栅（81）、道威棱镜（91）、三棱反射镜（101）和透镜一（111）的下端均连接有可调底座。

6.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，其特征在于：所述拉曼光谱信号光学解调装置还包括电池二（53），所述电池二（53）和解调器（73）上均连接有USB 2.0兼容的IO接口二（63）。

7.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，其特征在于：所述解调器（73）上连接有显示屏四（83），所述拉曼光谱光谱仪（123）上连接有显示屏五（113），所述单片机解码器（143）上连接有显示屏六（133）。

8.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，其特征在于：所述单片机解码器（143）上连接有USB 2.0兼容的IO接口三（153）。

9.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，其特征在于：所述拉曼光学传输系统激光信号发射装置和拉曼光谱信号光学解调装置上均安装有玻璃门。

10.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱与嵌入式电子电路的信号加密传输系统，其特征在于：所述旋转样品池（23）的下端通过转轴连接有驱动机构，所述旋转样品池（23）的上端环绕其圆心均匀放置有样品试管。

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