一种基于时延双平衡探测结构的相位混沌激光通信系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于时延双平衡探测结构的相位混沌激光通信系统，包括依次连接的发射端、传输信道和接收端，所述发射端包括混沌加密模块，所述接收端包括混沌解密模块。本发明专利技术结构简单，可以在低增益条件下实现高复杂度混沌的生成，从而降低实际系统搭建过程中所需激光器功率和探测器灵敏度要求，实现低成本高性能的保密通信。本发明专利技术克服了现有技术存在混沌死区的缺陷，且输出混沌信号具备较好的时延标签隐藏能力，另外，本发明专利技术可以在低增益条件下实现高保密通信效果。下实现高保密通信效果。下实现高保密通信效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时延双平衡探测结构的相位混沌激光通信系统


[0001]本专利技术属于保密通信与信息安全
，特别涉及了一种相位混沌激光通信系统。

技术介绍

[0002]混沌保密通信是一种基于物理层面的保密通信方式。混沌保密通信主要基于混沌信号所具有的遍历性、非周期性、宽带频谱连续性、类噪声性等特性，通过将传输消息隐藏在混沌信号中以实现加密。混沌同步是实现保密通信的基础，指两个混沌系统在被外界控制后逐渐发展为相同轨道。混沌同步单向耦合结构常用“主从”同步方案，主系统被称为“发射端”，从系统被称为“接收端”，实际通信过程中需要从系统完全“遵从”主系统，以达到最佳的同步效果。由于混沌系统对初始条件的敏感性，作为密钥的混沌结构参数的控制对于实现有效同步和正确解密是至关重要的。混沌激光通信系统具有高带宽和低衰减的优点，且系统动力学较复杂，对参数具有极高的敏感性，因此具有很高的通信保密性能，非常适合高速远程保密通信。
[0003]目前，混沌激光通信系统结构中的光电时延反馈振荡器常使用单管光电探测器实现光电转换，只能接收光信号的正交分量或同相分量，因此有一半的光功率被浪费，需要较大的环路反馈增益实现系统内部振荡器的有效起振。另外，系统结构中马赫曾德尔干涉仪的偏置相位的设置对于混沌起振有重要影响，且当偏置相位设置为某些特殊相位值时，单一光分量会存在无法起振的现象，导致实际调试过程中无法获得混沌载波。另外，时延参数作为混沌保密系统的重要密钥，通过自相关函数或者延迟互信息函数可以被识别。在自相关函数图或互信息函数图上，时延参数时刻点上会存在峰值或者谷值。一旦被窃听方获取时延参数，保密通信的安全性就难以保证，因此混沌通信系统的时延标签隐藏也是当前混沌保密通信研究的重点。目前可以通过增大系统环路反馈增益等方式实现对时延参数的掩盖。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种基于时延双平衡探测结构的相位混沌激光通信系统。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种基于时延双平衡探测结构的相位混沌激光通信系统，其特征在于：包括依次连接的发射端、传输信道和接收端；所述发射端包括混沌加密模块，所述接收端包括混沌解密模块；
[0007]所述混沌加密模块包括第一铌酸锂调制器、第一耦合器、第一光纤延迟线、第一马赫曾德尔干涉仪、第二光纤延迟线、第一平衡探测器和第一射频放大器；
[0008]所述第一铌酸锂调制器的输出端连接第一耦合器的输入端，第一耦合器的第一输出端连接至传输信道，第一耦合器的第二输出端连接第一光纤延迟线的输入端，第一光纤
延迟线的输出端连接第一马赫曾德尔干涉仪的输入端，第一马赫曾德尔干涉仪的第一输出端经第二光纤延迟线连接第一平衡探测器的第一输入端，第一马赫曾德尔干涉仪的第二输出端连接第一平衡探测器的第二输入端，第一平衡探测器的输出端经第一射频放大器连接第一铌酸锂调制器的电极，构成光纤振荡回路；
[0009]所述混沌解密模块包括第二耦合器、第一可调谐光纤延迟线、第二马赫曾德尔干涉仪、第二可调谐光纤延迟线、第二平衡探测器、第二射频放大器和第二铌酸锂调制器；
[0010]所述第二耦合器的第一输出端连接第二铌酸锂调制器的输入端，第二耦合器的第二输出端连接第一可调谐光纤延迟线的输入端，第一可调谐光纤延迟线的输出端连接第二马赫曾德尔干涉仪的输入端，第二马赫曾德尔干涉仪的第一输出端连接第二平衡探测器的第一输入端，第二马赫曾德尔干涉仪的第二输出端经第二可调谐光纤延迟线连接第二平衡探测器的第二输入端，第二平衡探测器的输出端经第二射频放大器连接第二铌酸锂调制器的电极，构成光纤振荡回路。
[0011]进一步地，所述传输信道包括单模光纤和掺铒光纤放大器，所述单模光纤连接掺铒光纤放大器的输入端，掺铒光纤放大器的输出端连接至混沌解密模块。
[0012]进一步地，所述发射端还包括消息插入模块，所述消息插入模块包括第一激光器、第三铌酸锂调制器和信号源；所述第一激光器连接第三铌酸锂调制器的输入端，信号源接入第三铌酸锂调制器的电极，第三铌酸锂调制器的输出端连接至混沌加密模块。
[0013]进一步地，所述第一激光器为输出波长为1550nm的分布式反馈半导体激光器。
[0014]进一步地，所述接收端还包括信号解调模块，所述信号解调模块包括第三马赫曾德尔干涉仪、第三平衡探测器、低通滤波器和数字信号处理模块；所述第三马赫曾德尔干涉仪的两个输出端分别连接至第三平衡探测器的两个输入端，第三平衡探测器的输出端经低通滤波器连接数字信号处理模块。
[0015]进一步地，所述消息插入模块、混沌加密模块、传输信道、混沌解密模块和信号解调模块之间依次通过光纤连接。
[0016]进一步地，所述第一光纤延迟线的延迟时间至少是相位混沌激光通信系统最高频率对应的特征时间的十倍。
[0017]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0018](1)本专利技术同时探测光的正交分量和同相分量，以减少振荡环路中的光功率损耗，能够在现有技术的一半的环路反馈增益条件下输出混沌信号；
[0019](2)本专利技术可以同时在反馈环路中实现光的同相分量和正交分量的振荡，能够有效消除混沌死区现象；
[0020](3)本专利技术输出的混沌信号具有低自相关性，可以有效掩盖时延标签；
[0021](4)本专利技术能够在低环路反馈增益条件下输出高复杂性的混沌信号，以实现高保密通信。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的系统结构图；
[0023]图2为本专利技术在不同环路反馈增益下输出信号的概率密度函数分岔图；
[0024]图3为本专利技术在不同环路反馈增益下输出信号的功率谱密度分岔图；
[0025]图4为本专利技术在不同偏置相位下输出信号的概率密度函数图分岔图；
[0026]图5为本专利技术在不同环路反馈增益下输出信号的排列熵图；
[0027]图6为本专利技术在不同环路反馈增益下的时延时刻的自相关函数峰值图；
[0028]图7为本专利技术实现信息加密解密的效果图(Alice：传输消息；Bob：授权方；Eve：窃听方)。
具体实施方式
[0029]以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0030]本实施例提供一种基于时延双平衡探测结构的相位混沌激光通信系统，如图1所示，包括消息插入模块、混沌加密模块、传输信道、混沌解密模块和信号解调模块。
[0031]所述消息插入模块包含第一激光器1
‑
1、第一铌酸锂调制器1
‑
2、信号源1
‑
3。第一激光器1
‑
1连接至第一铌酸锂调制器1
‑
2的输入端，信号源1
‑
3接入第一铌酸锂调制器1
‑
2的电极，第一铌酸锂调制器1
‑
2的输出端连接至混沌加密模块。
[0032]所述混沌加密模块包含第二铌酸锂调制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时延双平衡探测结构的相位混沌激光通信系统，其特征在于：包括依次连接的发射端、传输信道和接收端；所述发射端包括混沌加密模块，所述接收端包括混沌解密模块；所述混沌加密模块包括第一铌酸锂调制器、第一耦合器、第一光纤延迟线、第一马赫曾德尔干涉仪、第二光纤延迟线、第一平衡探测器和第一射频放大器；所述第一铌酸锂调制器的输出端连接第一耦合器的输入端，第一耦合器的第一输出端连接至传输信道，第一耦合器的第二输出端连接第一光纤延迟线的输入端，第一光纤延迟线的输出端连接第一马赫曾德尔干涉仪的输入端，第一马赫曾德尔干涉仪的第一输出端经第二光纤延迟线连接第一平衡探测器的第一输入端，第一马赫曾德尔干涉仪的第二输出端连接第一平衡探测器的第二输入端，第一平衡探测器的输出端经第一射频放大器连接第一铌酸锂调制器的电极，构成光纤振荡回路；所述混沌解密模块包括第二耦合器、第一可调谐光纤延迟线、第二马赫曾德尔干涉仪、第二可调谐光纤延迟线、第二平衡探测器、第二射频放大器和第二铌酸锂调制器；所述第二耦合器的第一输出端连接第二铌酸锂调制器的输入端，第二耦合器的第二输出端连接第一可调谐光纤延迟线的输入端，第一可调谐光纤延迟线的输出端连接第二马赫曾德尔干涉仪的输入端，第二马赫曾德尔干涉仪的第一输出端连接第二平衡探测器的第一输入端，第二马赫曾德尔干涉仪的第二输出端经第二可调谐光纤延迟线连接第二平衡探测器的第二输入端，第二平衡探测器的输出端经第二射频放大器连接第二铌酸锂调制器的电极，构成光纤振荡回路。2.根据权利要求1所述基于时延双平衡探...

【专利技术属性】
技术研发人员：李密，王祎思，孙训，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：