采用混沌光注入实现混沌载波时延特征隐藏的研究

在混沌通信系统中,混沌载波的时延特征直接影响着通信系统的安全性,因此隐藏混沌载波的时延特征信息十分重要。本文基于外腔反馈式半导体激光器(ECSL)的单光注入结构,引入激光器参数失配,详细阐述了一种通过主从激光器参数失配来消除混沌信号时延特征的方法。利用自相关函数作为量化工具,对混沌信号的时延隐藏效果进行量化分析,数值研究了主从激光器间的参数失配对混沌信号时延消除的影响,并结合注入强度与频率失谐开展了进一步综合研究。研究结果表明:引入激光器参数失配对时延隐藏的效果影响显著,参数失配率在-0.4~0范围时有助于在从激光器混沌输出中隐藏主激光器外腔引入的反馈时延;而且,当主激光器注入强度在10ns-1~20ns-1范围内,主从激光器频率失谐控制在-20GHz附近时,信号时延隐藏效果最佳。因此,由此单混沌光注入系统产生的混沌信号可显著提高混沌载波的安全性,进而增强其潜在应用的性能。     

利用可调谐的混沌Fabry-Perot激光器实现波分复用无源光网络的断点检测

波分复用无源光网络具有支路多、节点密的特征,为精确定位各支路的断点,提出了一种基于可调谐混沌Fabry-Perot激光器的检测方法.将光反馈多纵模Fabry-Perot半导体激光器作为混沌光源,在改变反馈光光波模式的条件下输出波长可调谐的混沌激光.以探测光的波长标记各被测支路,将探测信号和携带延时信息的回波信号进行互相关运算,根据相关曲线峰值的位置即可完成定位.分析了可调谐混沌源的特性,并以1×4的波分复用无源光网络为例,进行了初步的实验验证,结果表明该方法可以精确定位光网络支路中连接点及断点的位置,空间分辨率达4 cm,且与探测距离无关.     

利用可调谐的混沌Fabry-Perot激光器实现波分复用无源光网络的断点检测

波分复用无源光网络具有支路多、节点密的特征,为精确定位各支路的断点,提出了一种基于可调谐混沌Fabry-Perot激光器的检测方法.将光反馈多纵模Fabry-Perot半导体激光器作为混沌光源,在改变反馈光光波模式的条件下输出波长可调谐的混沌激光.以探测光的波长标记各被测支路,将探测信号和携带延时信息的回波信号进行互相关运算,根据相关曲线峰值的位置即可完成定位.分析了可调谐混沌源的特性,并以1×4的波分复用无源光网络为例,进行了初步的实验验证,结果表明该方法可以精确定位光网络支路中连接点及断点的位置,空间分辨率达4 cm,且与探测距离无关.     

基于非相干光反馈半导体激光器的双向混沌通信研究

提出了一种基于非相干光反馈半导体激光器的双向混沌通信系统,数值研究了该系统的同步特性及通信性能. 结果表明,当两个激光器参数一致时,系统能获得无延时的高质量混沌同步,实现实时双向通信;当激光器内部参数失配时,系统的同步性能及通信质量会受到一定的影响,但该系统对参数失配的容忍性较好,在一定的参数失配范围内,系统仍能实现较好的双向混沌通信. 关键词： 非相干光反馈 半导体激光器 混沌同步 双向通信     

外部光注入混沌激光器产生超宽带微波信号的研究

利用外部光注入混沌激光器产生了完全符合美国联邦通信委员会关于室内无线通信频谱限定的超宽带(UWB)微波信号.基于外部光注入光反馈半导体激光器的速率方程组,理论研究了外部及内部参量对半导体激光器输出混沌UWB脉冲信号的影响.研究表明,UWB信号的-10 dB带宽随着光注入强度、注入失谐量以及线宽增强因子的增大而增大,随着激光器偏置电流的增大而减小.同时,UWB信号的中心频率在5–8 GHz范围内变化.在实验中,通过设定其他参量和调节光注入强度,得到中心频率及带宽可调谐的混沌UWB微波信号,传输速率达到500 Mbit/s.实验结果与理论分析相符合. 关键词： 半导体激光器 混沌激光 光生微波技术 超宽带信号     

基于光电反馈的激光混沌并联同步系统研究

提出了基于光电反馈的激光混沌并联同步方案,对可能存在的两种同步——广义同步和完全同步进行了研究,着重讨论了激光器内部参数失配对发射与接收激光器之间以及并联接收激光器之间同步特性的影响.研究结果显示：在一定范围内,同样的内部参数失配下,并联接收激光器之间的同步效果明显优于发射激光器与接收激光器之间的同步效果. 关键词： 半导体激光器 混沌同步 光电反馈 参数失配     

双路激光混沌复用系统的混沌同步及安全性能研究

针对一种新型的双路激光混沌复用系统, 建立相应的速率方程模型, 详细分析了两个主激光器的单个参数失配、多个参数同时失配、反馈强度差异以及频率失谐对混沌同步性能的影响, 并对此复用系统的安全性能和频谱性能进行了研究. 研究结果表明: 采用参数失配方案, 通过合理选择两个主激光器的参数, 可以保证两个主激光器之间的同步性能较差而两对主从激光器间实现高品质的混沌同步, 因此满足双路激光混沌复用的条件; 两个主激光器之间的参数失配对它们之间的同步性能影响较大, 然而对配对主从激光器间同步性能的影响并不明显, 进一步说明参数失配方案的有效性和可行性. 另外, 通过自相关函数和频谱分别分析混沌复用信号的时域和频域特征, 发现双路激光混沌复用系统可提供更高的安全性.     

光纤混沌相位编码保密通信系统理论研究

通过耦合激光混沌相位控制同步系统和光纤信道，提出外部光注入半导体激光器激光混沌相 位控制光纤同步以及混沌相位相移键控外调制光纤保密通信系统理论模型，数值实现了在相 位控制器控制下的远程光纤混沌同步.理论分析了光纤自相位调制对混沌信号以及对同步的 影响，导出了光纤混沌最大传输距离公式.通过连续键控调制相位控制器实现了光纤激光混 沌相位相移键控编码调制发射，设置接收系统相位控制器控制激光相位相移实现了光纤激光 混沌同步解调.数值模拟了具有比特率50Mbit/s远程光纤混沌数字编码通信系统的应用，详 细地进行了在远距离光纤传输中的系统参数失配以及系统抗噪声能力的数值分析. 关键词： 混沌 同步 光纤混沌通信 半导体激光器 相位     

基于互注入半导体激光器的混沌输出产生17.5 Gbit/s随机码

采用两个借助光纤连接的相互注入半导体激光器,实验获取了10 GHz超宽带混沌种子信号.通过8-bit模数转换器将混沌信号转换为二进制数据流,并进行进一步的逻辑异或处理和舍弃最高有效位操作,最终获得了能顺利通过美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standard and Technology,简记为NIST)800-22标准测试以及Diehard测试,速率达17.5 Gbit/s的高速随机码. 关键词： 随机码 混沌激光 互注入半导体激光器     

基于混沌信号非相干光注入下两半导体激光器间的双向混沌通信

提出了基于同时受到一个驱动混沌信号非相干光注入的两个响应半导体激光器之间的混沌同步以实现双向保密通信的系统方案,并对系统的混沌同步特性以及两个响应激光器之间的内部参数失配对同步特性的影响进行了研究．研究结果表明：通过选取合适的系统参量,可以实现响应激光器与驱动激光器之间同步系数较小而两响应激光器之间达到高质量混沌同步;两响应激光器之间的内部参数失配对它们之间的同步性能虽然有一定的影响,但影响比较小．另外,本文还对两个2Gbit/s的信息在该系统中双向传输时的隐藏和解调效果以及系统的安全性进行了分析．     

混沌背景下信号的盲分离

混沌信号与确定性小信号叠加生成的混合信号是一更高维的混沌信号,因而不能用一般的混沌信号噪声抑制的方法进行分离.提出了一种这类信号盲分离的方法.在重构未知的混沌信号的动力方程时,充分利用混沌吸引子的几何特性,并且限定动力映射为原混沌吸引子所在流形的内部映射,从而保证了重构的动力系统方程对应于原混沌信号,而不是同样具有混沌特性的混合信号.然后利用重构的动力方程,借用混沌信号中的噪声抑制思想,估计出原混沌信号对应的轨道,实现信号分离.通过对Lorenz系统中谐波信号、Henon映象中自回归过程,以及脑电信号中谐波信号进行提取的数值实验,验证了信号盲分离方法的有效性和可行性. 关键词： 混沌 非线性 信号处理 盲分离     

混沌背景中微弱信号检测的神经网络方法

基于复杂非线性系统相空间重构理论，提出了混沌背景中微弱信号检测的神经网络方法，利用神经网络强大的学习和非线性处理能力，建立了混沌背景噪声的一步预测模型，从预测误差中检测淹没在混沌背景噪声中的微弱目标信号(包括周期信号和瞬态信号)，研究了混沌背景中存在白噪声时该方法的检测能力，指出了目标信号为瞬态信号和周期信号时检测原理的异同点，最后以Lorenz系统作为混沌背景噪声进行了仿真实验，实验表明该方法能有效地将混沌背景中极其微弱的信号检测出来. 关键词： 混沌 神经网络 信号检测     

A secure communication method for a high-power information signal based on chaotic masking

In this paper,we present a secure communication method for a high-power information signal based on chaotic masking.In the transmitter,an adaptive controller is adopted to pick up the change of the information signal ,and to inject the controller‘s error into the transmitting system.At the same time,the information is directly added to the chaotic signal in transmission to drive the receiving system.In the receiver,another adaptive controller is used to maintain chaotic synchronization of the transmitting and receiving systems and to recover the information signal.Since the synchronization error is independent from the information signal,the power of the information signal can be equivalent to that of the chaotic signal,and the frequency of the information signal can be set within the range of the principal frequencies of the chaotic signal,The results of theoretical analysis and numerical simulation show that the presented method not only enhances the degree of security of low-dimensional chaotic systems but also significantly improves the signal-to-noise ratio at the receiving end.     

Application of local polynomial estimation in suppressing strong chaotic noise

In this paper, we propose a new method that combines chaotic series phase space reconstruction and local polynomial estimation to solve the problem of suppressing strong chaotic noise. First, chaotic noise time series are reconstructed to obtain multivariate time series according to Takens delay embedding theorem. Then the chaotic noise is estimated accurately using local polynomial estimation method. After chaotic noise is separated from observation signal, we can get the estimation of the useful signal. This local polynomial estimation method can combine the advantages of local and global law. Finally, it makes the estimation more exactly and we can calculate the formula of mean square error theoretically. The simulation results show that the method is effective for the suppression of strong chaotic noise when the signal to interference ratio is low.     

利用小波多尺度分解算法实现混沌系统的噪声减缩

应用小波多尺度分解算法进行噪声减缩,从混沌背景中分离周期信号、噪声及其他混沌信号.小波多尺度分解算法能够区分不同尺度的信号是利用小波变换在时、频两域具有突出信号特征的能力以及小波变换是一线性变换的特点.提出的方法仅利用信号的尺度特性,克服了先前的噪声减缩要知道产生混沌信号的数学模型,并且要求叠加在混沌背景中的其他信号的幅度相对混沌背景信号的幅度很小的假定.给出了从Lorenz混沌背景中提取正弦信号、白噪声和Chua's电路产生的混沌信号的计算机模拟结果. 关键词：     

Signals in chaos: A method for the cancellation of deterministic noise from discrete signals

In this paper we describe a method for separating a combination of a chaotic time series and a discrete-valued signal. The method uses a feedback technique stabilised using knowledge of the chaotic system and the discrete nature of the signal. It is not based on a linearization of the dynamics, and therefore, unlike previously proposed separation methods, does not require that the signal be small. Nor does it make any assumptions about the relative timescales of the signal and the chaotic time series.     

Harmonic signal extraction from noisy chaotic interference based on synchrosqueezed wavelet transform

For the harmonic signal extraction from chaotic interference, a harmonic signal extraction method is proposed based on synchrosqueezed wavelet transform(SWT). First, the mixed signal of chaotic signal, harmonic signal, and noise is decomposed into a series of intrinsic mode-type functions by synchrosqueezed wavelet transform(SWT) then the instantaneous frequency of intrinsic mode-type functions is analyzed by using of Hilbert transform, and the harmonic extraction is realized. In experiments of harmonic signal extraction, the Duffing and Lorenz chaotic signals are selected as interference signal, and the mixed signal of chaotic signal and harmonic signal is added by Gauss white noises of different intensities.The experimental results show that when the white noise intensity is in a certain range, the extracting harmonic signals measured by the proposed SWT method have higher precision, the harmonic signal extraction effect is obviously superior to the classical empirical mode decomposition method.     

混沌干扰中基于同步挤压小波变换的谐波信号提取方法

针对混沌干扰背景下多个谐波信号的提取问题, 提出了一种基于同步挤压小波变换(SST)的谐波信号抽取方法. 首先利用SST将混沌信号和谐波信号组成的混合信号分解为不同的内蕴模态类函数, 然后利用Hilbert变换对分离出的内蕴模态类函数进行频率识别, 从中分离出各谐波信号. 以Duffing混沌背景为例, 对混沌干扰下多谐波信号的提取进行了实验分析. 实验结果表明: 对于不同频率间隔的多个谐波分量, 本文方法的提取结果都具有较高的精度, 而且所提方法对高斯白噪声的干扰具有较好的鲁棒性, 综合提取效果优于经典的经验模态分解方法.     

适合传输快变信息信号的混沌调制保密通信

提出一种新的混沌调制通信方法.利用一个自适应控制器跟踪信息信号的误差对产生混沌载波的发射系统进行参数调制.同时，信息信号直接与混沌载波相乘作为发射信号驱动接收系统.在接收端，另一个自适应控制器维持收发系统的混沌同步并恢复出信息信号.由于同步误差与信息信号无关，从而实现了大幅度、快时变信息信号的混沌调制通信.理论分析和数值模拟的结果表明该方法增强了低维混沌系统的通信保密性. 关键词： 混沌调制 保密通信 自适应控制器 蔡氏电路     

基于独立成分分析和经验模态分解的混沌信号降噪

基于经验模态分解和独立成分分析去噪的特点,提出了一种联合独立成分分析和经验模态分解的混沌信号降噪方法. 利用经验模态分解对混沌信号进行分解,根据平移不变经验模态分解的思想构造多维输入向量, 通过所构造的多维输入向量和独立成分分析对混沌信号的各层内蕴模态函数进行自适应去噪处理; 将处理后的所有内蕴模态函数进行累加重构,从而得到降噪后的混沌信号. 仿真实验中分别对叠加不同强度高斯噪声的Lorenz混沌信号及实际观测的月太阳黑子混沌序列进行了研究, 结果表明本文方法能够对混沌信号进行有效的降噪,而且能够较好地校正相空间中点的位置, 逼近真实的混沌吸引子轨迹. 关键词： 独立成分分析 经验模态分解 混沌信号 降噪