混沌激光通信的保密性能研究进展

利用激光器可以产生高维宽带混沌载波,并有望构建混沌激光保密通信信道。结合国内外的研究工作,从密码分析学的角度讨论了混沌激光通信的保密性能,介绍了混沌激光通信保密性能的研究进展,重点分析了目前报道的几种增强混沌激光通信保密性能方案的优缺点,同时提出了其他几种备用措施。     

混沌激光光场的统计性质

我们研究了由Maxwell-Bloch方程所描述的单模激光混沌态的一些统计性质。 在相干光场与非相干光场迭加的模型下,混沌激光光场的几率分布函数是高斯型,光子起伏方差表现出混沌激光光场具有聚束过程。一阶相干函数     

混沌激光的产生与应用

激光器的不稳定性是一个普遍现象.而混沌是激光器不稳定性的一个重要特例.混沌激光作为激光器输出的一种特殊形式,具有类噪声宽频谱的特性.近年来,基于混沌激光的一些应用技术相继被提出与完善.本文结合国内外研究现状,简要介绍了利用半导体激光器产生混沌激光,以及混沌激光在保密光通信、激光测距、光纤断点检测、对激光相干长度任意调控等方面的应用与研究进展.     

激光耦合同步及其在光纤混沌保密通信中的应用

本文建立了光纤混沌保密通信耦合同步系统模型,实现了外部光注入分布反馈半导体激光器激光混沌在长距离光纤传输中的耦合同步,证明了光纤的交叉相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,导出了这种传输的极限.该同步系统在长距离光纤混沌模拟和数字保密通信中的数值模拟表明,该系统确有较高的保密性能和反破译能力.光纤混沌保密通信是可以实现的.     

一种新型的抗干扰高精度混沌激光雷达

提出并研究了一种新型的具有天然抗干扰能力的,高精度混沌激光雷达.此激光雷达基于光反馈半导体激光器的连续波混沌激光的相关特性探测目标距离.数值分析了混沌状态和相关时间对混沌激光δ线型相关曲线特性的影响,表明高维、频谱平滑的混沌激光是理想的雷达光信号.实验验证了基于光反馈半导体激光器的混沌激光雷达测距及其高抗干扰能力,并获得了与测量距离无关且优于9 cm的测量分辨率.     

布里渊散射对光反馈混沌源时延特征的抑制

提出了一种利用光纤布里渊散射效应抑制光反馈半导体激光器时延特征的方法。实验研究发现,当平均功率为200mW的混沌激光注入到长为10km的单模光纤中,经过光纤的后向布里渊散射作用,混沌激光自相关曲线在时延105ns处的峰值从0.251降低到0.075,互信息曲线在时延105ns处的峰值从0.087降低到0.008。在此基础上,实验分析了注入光功率对混沌激光时延特征抑制效果的影响,结果表明,当混沌激光注入的平均功率在200~1500mW范围内时,混沌激光的时延特征得到有效抑制;当测量次数在1~50范围内时,光纤布里渊散射对混沌激光时延特征的抑制效果较稳定。     

混沌空间光通信研究进展

随着空间通信技术的迅猛发展,人们对信息安全的需求愈发迫切。基于半导体激光器的空间激光通信凭借其终端体积小、功耗低、高带宽以及无电磁频谱约束等特点,已广泛应用于空间高速通信领域。激光混沌通信技术作为一种在物理层对空间光通信加密的安全技术手段,逐渐成为了空间光通信的研究热点。结合当前国内外自由空间光通信、混沌激光通信、混沌空间光通信的发展历程,介绍了近年来混沌空间光通信关键技术的研究进展,主要包括自由空间光通信快速跟瞄技术、混沌空间光通信大气湍流抑制技术和激光混沌空间同步技术。最后结合当前混沌空间光通信发展现状与不足,对混沌空间光通信的研究方向和可借鉴的关键技术进行了展望,旨在为该领域的进一步发展提供参考和借鉴。     

激光广义同步化混沌系统及其应用

以一个激光器混沌子系统和两个或多个非线性稳定响应子系统组成激光广义同步化混沌系统。以一个简单的系统模型，在原理上实验了该类系统的同步化混沌运转．对该系统应用于保密通信进行了讨论。     

两类混沌激光保密通信方案的性能分析

半导体激光器在外加扰动下,可以产生高维宽带的混沌激光信号,是实现高速保密通信的理想载波。本文数值研究了混沌调制和混沌隐藏两种信息加载方式下的混沌激光保密通信系统的性能,分析了两种信息加载方式下系统分别传输正弦信息和数字信息时的信噪比和Q因子的变化情况,研究了两种信息加载方式下系统的相关系数随调制深度的变化趋势。结果表明,不同的调制深度或调制频率/速率都会影响系统的性能,且混沌调制方式的系统性能优于混沌隐藏方式。     

半导体激光器混沌方式研究

激光混沌保密通信是近年来新兴的一个领域,它通常利用半导体激光器产生混沌,再将传输信号隐藏于混沌信号中,从而达到保密通信的目的。由于每个学者方式取向不同从而衍生出多种产生混沌的方式,本文参考大量文献,综合各种常用方式,将产生混沌的方式进行系统分类。首先分为反馈混沌和注入混沌;其中把反馈型混沌按反馈物质的不同又分为光反馈混沌和光电反馈混沌,而光反馈又有两种类型:反馈相干光和反馈非相干光,最近,更有学者在此基础上提出了双光反馈;然后分别阐述各种混沌类型的系统模型、理论模型及优缺点,将这个新兴领域的理论系统化、完整化。     

打靶法实现Lorenz-Haken激光混沌的周期和稳态控制

用打靶法对Lorenz-Haken单模激光混沌模型进行控制。计算机模拟结果表明,实现了Lorenz-Haken激光系统的周期一、周期二、周期四等周期轨道控制和稳态控制。     

基于数字化带宽增强混沌激光信号的高速随机源

提出并验证了一种基于数字化带宽增强激光混沌信号的高速随机源。为消除光反馈半导体混沌激光信号中存在的弱周期性,将光反馈混沌半导体激光注入另一激光器产生的带宽增强混沌激光信号。用8 bit高速模数转换器对输出的增强带宽混沌激光信号进行采集,实现每个采样点产生多个随机位。为去除所提取原始随机位存在的偏差和提高随机位的产生效率,提出采用基于现场可编程逻辑阵列的安全哈希算法-256来提取随机位。采用4路并行处理技术获得了2.94 Gbit/s的在线随机数产生速率,每个采样点可平均产生4.65个随机比特位。所获的随机数通过了随机性测试程序ENT和STS中所有测试项。     

保密通信以及加密措施与设备

0307660基于混沌无振荡同步的保密系统[刊]/胡国杰//计算机工程.—2002,28(11).—149～150,182(E)0307661激光耦合同步及其在光纤混沌保密通信中的应用[刊]/颜森林//电子学报.—2002,30(11).—1663～1667(C)本文建立了光纤混沌保密通信耦合同步系统模型,实现了外部光注入分布反馈半导体激光器激光混     

最大似然法精确重构不同状态混沌激光的相空间分布

在实验上重构了从准周期到相干塌陷混沌激光的相空间Wigner准概率分布函数，为混沌保密通信中熵源的精确表征提供了重要依据。通过调控偏置电流和光反馈强度制备了准周期（带宽为3.2 GHz）、中等强度（带宽为7.3 GHz）、相干塌陷状态（带宽为11.5 GHz）的混沌激光，进而利用平衡零拍量子层析测量及最大似然法重构了获得的三种不同状态的混沌激光的密度矩阵及相空间Wigner准概率分布，测得的混沌激光相空间Wigner准概率相较于真空散粒噪声极限增大了1.5～3.0倍。同时，在重构测量过程中，去除背景噪声并对现有实验测量系统的损耗进行补偿，三种状态混沌激光相空间Wigner准概率分布的测量保真度分别从74.9%、81.2%、84.8%显著提升到95.5%、97.0%、97.6%。     

基于神经网络的远程激光测距机混沌弱信号检测

为了解决杂波背景下的激光微弱目标检测的问题,结合混沌动态建模思想,讨论了激光回波的混沌特性,提出激光信号非线性混沌序列的神经网络建模、预测及信号检测算法。利用预测误差检测到激光杂波中的有用弱信号。仿真结果表明,这种方法是比较有效的。     

双环掺铒光纤激光器混沌相移控制方法研究

提出双环单模掺铒光纤激光器激光混沌相移控制方法以及物理模型，数值计算出该激光器的最大李亚谱诺夫(lyapunov)指数，分析了光耦合器耦合系数对激光由分岔进入混沌的动力学行为的影响。说明了相移控制器是通过控制电光相位调制器外调制电压来控制相移，从而实现控制激光光场相位以控制偏振耦合效应，最终实现了控制激光混沌动力学行为；单相移混沌控制方法能实时、动态、有效地控制激光混沌到稳定态和周期态；双相移混沌控制方法则可以灵活改变两个相移控制器的相位，也能实时、动态、有效地控制激光混沌到稳定态和周期态，并能进一步产生多种丰富的激光动力学行为现象。     

氦氖激光器混沌反馈相位周期控制方法研究

通过分析氦氖激光器在光反馈下的混沌动力学特征,提出了氦氖激光器混沌反馈相位控制方法,并建立了激光混沌反馈相位周期控制下的动力学方程和物理模型。选取适当的反馈系数,加入相位控制器控制反馈光的相移,通过对反馈系数和反馈光相移的控制,可以将激光混沌控制到稳定态、周期态及混沌态。结果表明:在不同强度的反馈光下,通过1/8波长周期相移调制控制、1/4波长周期相移调制控制、半波长周期相移调制控制以及波长周期相移调制控制,氦氖激光器的混沌经过一定的弛豫时间可以被控制到单周期态、双周期态、三周期态以及多周期态等。     

激光与DNA作用系统的随机混沌研究

通过对激光与ＤＮＡ分子相经作用系统的随机动力学方程数值研究,发现在小信号绝热近似下,适当条件时,出现随经沌。随机混沌的出现与激光强度有关,当激光强度很小时,无混沌现象出现,意味着小激光强度不能激励ＤＮＡ发生变异。并随着激光强度的增大,体系的演化过程的混沌特征就越来越明显。但同时太强的激光强度引起的混沌非常复杂,会使激光与ＤＮＡ作用系统的随机不确定性严重,带来难以控制的后果,可能反而会使ＤＮＡ不产生     

光注入半导体激光器中激光混沌的泵浦周期调制控制

该文用泵浦周期电流调制控制外部注入相干光场半导体激光器的激光混沌,发现在不同调制深度和调制频率范围内,能有效地控制激光混沌到稳定的周期轨道(极限环)上,而且能够把激光振荡频率锁定在调制频率上,且这种调制控制也可以使激光器显现不同的激光混沌波形变化。     

光纤混沌双向保密通信系统研究

本文提出光纤混沌双向保密通信设想,通过耦合光注入半导体激光器激光混沌全光耦合反馈同步系统和光纤传输信道,建立了光纤混沌双向通信系统模型,数值实现了该系统在长距离光纤传输中的同步,详细地分析了系统同步时间随光纤传输长度的关系.证明了光纤的交叉相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,导出了系统传输的非线性相移.数值模拟了具有正弦调制信号的调制频率0.5GHz混沌模拟通信和数字信号调制速率0.4Gbit/s以及20Gbit/s的混沌数字通信以及调制速率0.05Gbit/s 混沌键控通信的应用,计算出光纤混沌数字通信速率和同步误差等关系,还特别分析了系统解码特性和调制带宽,表明系统具有非常好的保密性能和具有高速率通信的能力.光纤混沌双向保密通信是可以实现的.