CN115102625A - 一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及信号传输技术领域，具体是一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，包括光信号调制系统发射基站和等离子体光谱同位素解密接收基站，所述光信号调制系统发射基站包括依次连接的人机交互模组一、信号调制模组、固体激光器和信号传输模组；所述等离子体光谱同位素解密接收基站包括依次连接的等离子同位素解密池、光探头、光信号处理模组和人工交互模组二。本发明只要在信号传输的两端建立基站，光信号进入接收基站后首先进入等离子同位素解密池，激发等离子体光谱由四通道等离子体光谱仪接收，而等离子体光谱的特殊性质使得每条单独的信号波长可以精确地控制在纳米甚至埃米量级，大大提高了信号波段的使用效率。

Description

一种基于等离子体同位素频谱偏移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，具体是一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统。
背景技术
光通信技术是近年来发展迅速并且持续保持高热度的研究领域。它是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同属电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短。因此，具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。信息是通过一定的信号传递的，信号起着信息载体的作用。信源发出信息时，一般是以某种信号表现出来，以光信号为载体的，如无线光通信(大气激光通信)、有线光通信(光导纤维通信)等。
但目前的光通信技术主要采用光纤通讯，这意味着必须要在需要通讯的两端搭建起连接的光纤线路才能实现通讯，这意味着大量材料以及设计并搭建线路的成本。在搭建之后，相关线路还需要定时维护以保证可靠性。同时目前的无线通讯信号由于其无线电波本身的特点决定了信号的波段无法精确到纳米量级，无线电波信号只能控制在一定范围内，这大大降低了信号波段的使用效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于等离子体同位素频谱偏移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：一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，包括光信号调制系统发射基站和等离子体光谱同位素解密接收基站，所述光信号调制系统发射基站包括依次连接的人机交互模组一、信号调制模组、固体激光器和信号传输模组，所述人机交互模组一将控制信号发送给信号调制模组进行调制，所述控制信号采用接收端等离子同位素池的频谱偏移值对信号进行加密后所发射的信号，只有特定的物质的同位素才能对其进行解密，所述信号调制模组将调制信号发送给固体激光器，所述固体激光器从出光孔处发出的光信号经过信号传输模组传输后从信号发射口发出，并从通光孔进入等离子体光谱同位素解密接收基站；所述等离子体光谱同位素解密接收基站包括依次连接的等离子同位素解密池、光探头、光信号处理模组和人工交互模组二，所述等离子同位素解密池通过同位素等离子体光谱的频谱偏移对原先的调制信号进行解密，所述等离子同位素解密池解密前后的信号均经过聚焦，所述等离子同位素解密池解密后的信号经过聚焦后由光探头接收，接着通过光信号处理模组处理后发送至人工交互模组二。
优选的，所述人机交互模组一包括显示屏一、人工操作模块一和处理器一，用户通过显示屏一、人工操作模块一与处理器一进行交互，所述处理器一将控制信号发送给信号调制模组进行调制。
优选的，所述信号调制模组包括强度调制模块、时序调制模块和差分放大模块，所述处理器一将控制信号依次发送给强度调制模块、时序调制模块和差分放大模块进行调制，所述强度调制模块和时序调制模块将调制信号发送给固体激光器。
优选的，所述信号传输模组包括三棱反射镜一、透射型光栅、道威棱镜、差分放大模块和三棱反射镜二，所述固体激光器从出光孔处发出的光信号依次经过三棱反射镜一、透射型光栅、道威棱镜、差分放大模块和三棱反射镜二，最终光信号从信号发射口发出。
优选的，所述等离子同位素解密池解密前后的信号均经过凸透镜聚焦。
优选的，所述光信号处理模组包括光纤耦合四通道分流器、四通道等离子体光谱仪和解调模组，由光探头接收的光信号通过全光谱光纤传输线、光纤耦合四通道分流器、频谱分波段处理后的四条通道数据线进入四通道等离子体光谱仪进行光谱信号处理，接着将信号通过解调模组解调，最终通过人工交互模组二与用户交互。
优选的，所述解调模组包括时序解调模块和强度解调模块，所述光信号经过光谱信号处理后通过时序解调模块和强度解调模块进行强度和时序解调，最终发送至人工交互模组二。
优选的，所述人工交互模组二包括处理器二、显示屏二和人工操作模块二，经过强度和时序解调后的光信号由处理器二最终处理后通过显示屏二、人工操作模块二与用户交互。
优选的，所述固体激光器连接有冷却系统，且冷却系统为水冷式。
本发明通过改进在此提供一种基于等离子体同位素频谱偏移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：
本发明只要在信号传输的两端建立基站，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，同时光信号进入接收基站后首先进入等离子同位素解密池，激发等离子体光谱由四通道等离子体光谱仪接收，而等离子体光谱的特殊性质使得每条单独的信号波长可以精确地控制在纳米甚至埃米量级，大大提高了信号波段的使用效率。同时，采用了等离子体同位素池可以实现信号频谱的频谱偏移，实现了一种新的信号加密方式。
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是本发明的结构示意图；
图2是本发明的光信号调制系统发射基站结构示意图；
图3是本发明的等离子体光谱同位素解密接收基站结构示意图。
附图标记说明：
1、显示屏一；2、处理器一；3、人工操作模块一；4、信号发射口；5、冷却系统；6、三棱反射镜二；7、差分放大模块；8、等离子同位素解密池；9、固体激光器；10、强度调制模块；11、时序调制模块；12、出光孔；13、三棱反射镜一；14、透射型光栅；15、道威棱镜；16、通光孔；17、强度解调模块；18、显示屏二；19、处理器二；20、人工操作模块二；21、时序解调模块；22、四通道等离子体光谱仪；23、光纤耦合四通道分流器；24、光探头；25、凸透镜。
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一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，本发明的技术方案是：
如图1-图3所示，一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，包括光信号调制系统发射基站和等离子体光谱同位素解密接收基站。
光信号调制系统发射基站包括依次连接的人机交互模组一、信号调制模组、固体激光器9和信号传输模组，固体激光器9连接有冷却系统5，且冷却系统5为水冷式，可对固体激光器9进行冷却，保证固体激光器9运作的稳定性。
人机交互模组一将控制信号发送给信号调制模组进行调制，控制信号采用接收端等离子同位素池的频谱偏移值对信号进行加密后所发射的信号，只有特定的物质的同位素才能对其进行解密，信号调制模组将调制信号发送给固体激光器9，固体激光器9用于输出经过时序和强度调制的信号；固体激光器9从出光孔12处发出的光信号经过信号传输模组传输后从信号发射口4发出。
具体的，如图2所示，人机交互模组一包括显示屏一1、人工操作模块一3和处理器一2，其中，显示屏一1用于可视化显示操作的过程；处理器一2可以采用电脑或单片机，对于电脑配置要求满足内存不小于6 G，有一个与USB 2.0兼容的IO接口，主频不小于4 GHz。对于单片机要求使用大容量内存单片机，flash容量大于256 MB，ROM容量大于4 G，单片机最大时钟频率大于24 MHz。但采用单片机时需要自行配备与单片机所需电压相符的电压转换模块；人工操作模块一3为人工操作区，由主要由键盘与IO接口组成，用于进行操作以及导入导出数据；用户通过显示屏一1、人工操作模块一3与处理器一2进行交互，处理器一2将控制信号发送给信号调制模组进行调制，信号调制模组包括强度调制模块10、时序调制模块11和差分放大模块7，其中，强度调制模块10用于调制输出激光的强度；时序调制模块11用于调制输出光信号的时序；处理器一2将控制信号依次发送给强度调制模块10、时序调制模块11和差分放大模块7进行调制，强度调制模块10和时序调制模块11将调制信号发送给固体激光器9；信号传输模组包括三棱反射镜一13、透射型光栅14、道威棱镜15、差分放大模块7和三棱反射镜二6，其中，三棱反射镜一13和三棱反射镜二6用于改变光信号传播方向；透射型光栅14用于调制输出光信号波段；道威棱镜15用于对光线的相位进行调制；差分放大模块7用于根据处理器的信号来控制输出光信号的强度；固体激光器9从出光孔12处发出的光信号依次经过三棱反射镜一13、透射型光栅14、道威棱镜15、差分放大模块7和三棱反射镜二6，最终光信号从信号发射口4发出。
从信号发射口4发出的光信号从通光孔16进入等离子体光谱同位素解密接收基站；等离子体光谱同位素解密接收基站包括依次连接的等离子同位素解密池8、光探头24、光信号处理模组和人工交互模组二，光探头24用于探测光信号，等离子同位素解密池8中的样品在收到激光信号激励后瞬间发出等离子体信号，等离子信号对于激光信号的相位，强度以及时序具有极强的敏感度，同时采用不同的同位素所带来的频谱偏移，与发射时设置的频谱偏移相吻合；另外，等离子同位素解密池8配合有等离子同位素解密池盖，可开合，用于根据需要对等离子同位素解密池进行调整或更换；等离子同位素解密池8通过同位素等离子体光谱的频谱偏移对原先的调制信号进行解密，等离子同位素解密池8解密前后的信号均经过凸透镜25聚焦，位于等离子同位素解密池8解密前的凸透镜25焦距为5 cm，位于等离子同位素解密池8解密后的凸透镜25焦距为5-7 mm，等离子同位素解密池8解密后的信号经过聚焦后由光探头24接收，接着通过光信号处理模组处理后发送至人工交互模组二。
具体的，如图3所示，光信号处理模组包括光纤耦合四通道分流器23、四通道等离子体光谱仪22和解调模组，其中，四通道等离子体光谱仪22根据具体需求调节光谱仪测量范围；光纤耦合四通道分流器23用于将探测到的等离子体光谱信号依据所在波段分为四个通道输入光谱仪中，确保每一个波段的数据稳定性与信息传输效率；由光探头24接收的光信号通过全光谱光纤传输线、光纤耦合四通道分流器23、频谱分波段处理后的四条通道数据线进入四通道等离子体光谱仪22进行光谱信号处理，接着将信号通过解调模组解调；其中，频谱分波段处理后的四条通道数据线从左往右的波段分别为：100-300，300-500，500-700，700-900；解调模组包括时序解调模块21和强度解调模块17，其中，强度解调模块17用于解调接收到等离子体光谱信号的强度调制；时序解调模块21用于解调接收到等离子体光谱信号的时序调制；光信号经过光谱信号处理后通过时序解调模块21和强度解调模块17进行强度和时序解调，最终发送至人工交互模组二；人工交互模组二包括处理器二19、显示屏二18和人工操作模块二20，其中，显示屏二18用于可视化显示操作的过程；处理器二19性能要求与光学传输系统激光信号发射基站中处理器相同；人工操作模块二20为人工操作区，由主要由键盘与IO接口组成，用于进行操作以及导入导出数据；经过强度和时序解调后的光信号由处理器二19最终处理后通过显示屏二18、人工操作模块二20与用户交互。
需要进一步说明的是，光信号传输过程中的方向调整可以采用弯折光纤，光学棱镜等根据实际情况采用多种手段；由于光信号的超强兼容性，信号增强模块可以直接采用现有的电光信号增强模块或类似模块。
该系统只要在信号传输的两端建立基站，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。同时光信号进入接收基站后首先进入等离子同位素解密池8，激发等离子体光谱由四通道等离子体光谱仪22接收，而等离子体光谱的特殊性质使得每条单独的信号波长可以精确地控制在纳米甚至埃米量级，大大提高了信号波段的使用效率。同时，采用了等离子体同位素池可以实现信号频谱的频谱偏移，实现了一种新的信号加密方式。
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 (9)

1.一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，其特征在于：包括光信号调制系统发射基站和等离子体光谱同位素解密接收基站，所述光信号调制系统发射基站包括依次连接的人机交互模组一、信号调制模组、固体激光器（9）和信号传输模组，所述人机交互模组一将控制信号发送给信号调制模组进行调制，所述控制信号采用接收端等离子同位素池的频谱偏移值对信号进行加密后所发射的信号，只有特定的物质的同位素才能对其进行解密，所述信号调制模组将调制信号发送给固体激光器（9），所述固体激光器（9）从出光孔（12）处发出的光信号经过信号传输模组传输后从信号发射口（4）发出，并从通光孔（16）进入等离子体光谱同位素解密接收基站；所述等离子体光谱同位素解密接收基站包括依次连接的等离子同位素解密池（8）、光探头（24）、光信号处理模组和人工交互模组二，所述等离子同位素解密池（8）通过同位素等离子体光谱的频谱偏移对原先的调制信号进行解密，所述等离子同位素解密池（8）解密前后的信号均经过聚焦，所述等离子同位素解密池（8）解密后的信号经过聚焦后由光探头（24）接收，接着通过光信号处理模组处理后发送至人工交互模组二。
2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，其特征在于：所述人机交互模组一包括显示屏一（1）、人工操作模块一（3）和处理器一（2），用户通过显示屏一（1）、人工操作模块一（3）与处理器一（2）进行交互，所述处理器一（2）将控制信号发送给信号调制模组进行调制。
3.根据权利要求2所述的一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，其特征在于：所述信号调制模组包括强度调制模块（10）、时序调制模块（11）和差分放大模块（7），所述处理器一（2）将控制信号依次发送给强度调制模块（10）、时序调制模块（11）和差分放大模块（7）进行调制，所述强度调制模块（10）和时序调制模块（11）将调制信号发送给固体激光器（9）。
4.根据权利要求1所述的一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，其特征在于：所述信号传输模组包括三棱反射镜一（13）、透射型光栅（14）、道威棱镜（15）、差分放大模块（7）和三棱反射镜二（6），所述固体激光器（9）从出光孔（12）处发出的光信号依次经过三棱反射镜一（13）、透射型光栅（14）、道威棱镜（15）、差分放大模块（7）和三棱反射镜二（6），最终光信号从信号发射口（4）发出。
5.根据权利要求1所述的一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，其特征在于：所述等离子同位素解密池（8）解密前后的信号均经过凸透镜（25）聚焦。
6.根据权利要求1所述的一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，其特征在于：所述光信号处理模组包括光纤耦合四通道分流器（23）、四通道等离子体光谱仪（22）和解调模组，由光探头（24）接收的光信号通过全光谱光纤传输线、光纤耦合四通道分流器（23）、频谱分波段处理后的四条通道数据线进入四通道等离子体光谱仪（22）进行光谱信号处理，接着将信号通过解调模组解调，最终通过人工交互模组二与用户交互。
7.根据权利要求6所述的一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，其特征在于：所述解调模组包括时序解调模块（21）和强度解调模块（17），所述光信号经过光谱信号处理后通过时序解调模块（21）和强度解调模块（17）进行强度和时序解调，最终发送至人工交互模组二。
8.根据权利要求7所述的一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，其特征在于：所述人工交互模组二包括处理器二（19）、显示屏二（18）和人工操作模块二（20），经过强度和时序解调后的光信号由处理器二（19）最终处理后通过显示屏二（18）、人工操作模块二（20）与用户交互。
9.根据权利要求1所述的一种基于等离子体同位素频谱偏移的信号加密传输系统，其特征在于：所述固体激光器（9）连接有冷却系统（5），且冷却系统（5）为水冷式。
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