水声通信实验信道仿真研究

水声信道的时变多途特性对其中通信信号传输构成严重影响，为了分析评估现实实验信道条件下水声通信系统的性能，给出了一种基于实验测量的水声信道仿真方法。此方法通过发射线性调频脉冲以检测信道多径结构，同时分别采用自回归模型与多普勒时间压扩来仿真信道中各路径的时变幅度与时变延迟。通过一个具体的直接序列扩频水声通信系统，表明在仿真与实验信道条件下系统性能具有较好的一致性。     

光量子随机数发生器

设计制作了基于单光子量子随机性的二进制随机数发生器,通过50/50光分束器的光子流被其后的单光子探测器记录下光子路径,经高速电路和计算机数据采集系统转换为二进制随机数流,目前实验中随机数采集速率达100 Kbit/s,本文采用延迟符合计数法来克服探测器暗计数的影响.使暗计数对随机数序列的影响下降了2到3个数量级,最后应用的三种随机性测试表明所采数据随机性良好.     

一种基于DFT时域插值的OFDM水声信道估计改进方法

信道估计作为OFDM通信系统中的重要部分,其性能关系到整个系统的误比特率。本文提出了一种基于DFT时域插值的信道估计改进方法,用于OFDM水声通信系统。该方法利用噪声门限抑制多径之间的信道估计噪声,计算简单,达到较好的信道估计效果。对该方法进行了理论分析,仿真实验以及海试。在海试中得到传输距离2km,有效数据率2.8kbit/s,证明该方法可以用于中短程浅海水声通信。     

基于重复混沌扩频序列的差分混沌键控系统

提出一种基于可重复混沌扩频序列的差分混沌键控保密通信系统, 并对该系统的误码率进行分析。通过复制差分混沌键控调制信号的参考信号产生重复的混沌扩频序列, 再和经串并转换后的部分数据流相乘, 其余并行数据流按照传统差分混沌键控进行调制, 两部分信号相加后发送到信道中进行传输。在接收端进行相关解调恢复出原信息。理论分析和仿真结果表明: 在多径衰落信道下, 该系统的误码率低于DCSK、CDSK和CD-DCSK系统, 且扩频因子越小, 误码率越低。信道中叠加服从高斯分布噪声时的系统误码率相比叠加服从瑞利分布噪声时的小。     

基于高阶统计的水声信道盲辨识

本文给出了基于ARMA模型的水下通信系统模型,将一种基于三阶统计的算法应用到水声信道盲辨识领域,在不需要训练序列的条件下估计得到信道传输函数。与基于二阶统计特性方法相比,该算法具有较强的抗噪性,更适合信噪比低于12dB条件下水声信道的辨识。通过对水声信道盲辨识的计算机仿真,验证了该算法具有较高的辨识精度。     

基于光子间隙随机分布的任意进制真随机数源

根据激光光子数的泊松分布特征，通过衰减脉冲激光的光强度使衰减后平均每十个脉冲含有一个光子，该光子在十个脉冲中位置的分布是随机的，也即任意二十个脉冲中的两个光子的间隙时间是随机的。基于该随机间隙时间可产生真随机数序列，不仅可以产生二进制随机数，也可产生多进制的。实验上分别制备了二进制和十进制真随机数序列；对数据量为100M的样本进行通用的ENT程序随机性检验，检测结果很好。此外，该实验方案具有抗干扰能力强、便于集成、随机数产生速率容易提高等优点，可广泛应用于保密通信、身份验证、Monte Carlo计算、彩票游戏等领域。     

CO-OFDM系统基于时频域卡尔曼滤波的相位噪声补偿算法

本文基于高阶正交幅度调制(QAM)和大线宽的相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统,提出了一种基于时域和频域卡尔曼滤波联合估计的相位噪声补偿算法。该算法在发射端时域插入训练符号和导频序列,首先在接收端基于训练符号进行频域卡尔曼滤波得到信道估计。其次进行时域扩展卡尔曼滤波得到相位噪声粗略估计值。因此时相位估计值为复数值,为获得较好的补偿效果,根据导频序列数目,将每个OFDM符号分割为若干个亚符号。同时在导频序列处进行时域扩展卡尔曼滤波,通过在每个亚符号最后一个导频处进行线性插值得到每个采样点的相位噪声粗略估值。将粗略相位噪声补偿后的频域数据进行预判决后,最后进行时域相位噪声精细补偿。基于50Gb/sCO-OFDM系统传输100km进行了仿真验证,该算法较其他方法相比取得了较好的补偿效果。在激光器线宽为1MHz且16QAM以及线宽为800KHz且32QAM两种情况下,误码率性能可达前向纠错(FEC)上限。该算法能极大促进CO-OFDM系统在长距离接入网和城域网中的应用。     

混沌直接序列扩频信号盲解调的硬件电路实现

提出了基于现场可编程门阵列 (FPGA) 技术的混沌直接序列扩频信号盲解调的硬件电路实现方法. 设计了混沌直接序列扩频信号发射机与接收机. 发射机可产生10种不同的混沌直接序列扩频信号. 为方便接收机的硬件电路实现, 对无先导卡尔曼滤波混沌拟合盲解调算法进行了简化, 在简化模型的基础上设计了接收机硬件结构. 提出了一种动态调整偏移因子的新方法, 使接收机能实时适应混沌映射的变化. 通过高斯白噪声信道及多径信道条件下的盲解调实验, 验证了盲解调算法硬件实现的抗噪声与抗多径性能, 以及对10种不同的混沌直接序列扩频信号的自适应破译效果. 关键词： FPGA 混沌直接序列扩频通信 盲解调     

二进制偏移载波调制的零相关窗水声同步技术研究

针对线性调频信号同步相关的旁瓣、m序列扩频同步的序列自噪声和二进制相移键控调制信号在主瓣周围一个码片范围内存在较强烈的旁瓣三个问题,提出了一种基于二进制偏移载波(BOC)调制信号的无干扰窗水声同步方式.利用互补序列的非周期自相关函数之和为零的特殊性质,实现了在主瓣周围一个码片范围外,零相关窗范围内的无干扰窗.使用BOC(1,1)方式对信号进行亚载波调制,以减少主瓣周围一个码片范围内的旁瓣.对单通道信号和双通道信号的零相关窗形式都进行了设计,通过仿真和实验验证了BOC零相关窗方法在水声系统的同步、信道测量和估计中的有效性.     

时域脉冲平衡零拍探测器的高精度自动平衡

时域脉冲平衡零拍探测器能够直接对光场量子态的正交分量进行测量, 是连续变量量子密钥分发系统的核心测量器件, 其测量精度与密钥分发系统的额外噪声及安全密钥速率密切相关. 本文理论分析了探测器双臂不平衡对测量精度的影响, 实验设计并研制了双臂可精确自动平衡的时域脉冲平衡零拍探测器. 通过高精度控制探测器一臂的光纤圆环曲率半径, 实现了光纤内部光场强度的精密衰减, 进而获得了探测器的精确自动平衡. 实验测试结果表明时域平衡零拍探测器双臂具有10^-5以上的平衡精度, 能够长时间稳定运行, 有效避免了探测器的输出电压进入非线性区或饱和区. 该探测装置可应用于连续变量量子密钥分发系统, 有效降低由于量子态信号探测过程引入的额外噪声, 提高系统的长期稳定性.     

基于线性反馈移位寄存器和混沌系统的伪随机序列生成方法

结合线性反馈移位寄存器（LFSR）和混沌理论各自的优点,采用循环迭代结构,给出一种将LFSR和混沌理论相结合的伪随机序列生成方法.首先根据LFSR的计算结果产生相应的选择函数,通过选择函数确定当前迭代计算使用的混沌系统,应用选择的混沌系统进行迭代计算产生相应的混沌序列;然后把生成的混沌序列进行数制转换,在将得到的二进制序列作为产生的伪随机序列输出的同时将其作为反馈值与LFSR的反馈值进行相应的运算,运算结果作为LFSR的最终反馈值,实现对LFSR生成序列的随机扰动.该方法既可生成二值伪随机序列,也可生成实值伪随机序列.通过实验对生成的伪随机序列进行了分析,结果表明,产生的序列具有良好的随机性和安全性. 关键词： 线性反馈移位寄存器 混沌系统 伪随机序列 随机性     

基于三元伪随机序列集的多声源房间脉冲响应测量方法*

在多输入多输出系统中,诸多情况下需并行测量任意输入输出之间的脉冲响应。虽然利用以Kasami序列集为代表的二元伪随机序列集良好的相关特性可以实现多声源并行测量,但是囿于其编解码信号相同且为二元信号的特点,使得其相关特性仍存在较大的可优化空间。该文提供了一种基于三元伪随机序列集的多声源房间脉冲响应测量方法,具有更好的相关特性,提高了测量准确度。仿真和实验验证了该测量方法的可行性和准确性。在封闭空间几何模型构建等领域中,可使用该方法提高测量效率并降低由于各通道不同步导致的误差。     

New multivariate noise model and data detection using the expectation maximization algorithm

A signal sequence detector in a high areal density recording channel is required to provide robust compensation against unexpected error events. Primarily, a number of error events are caused by media noise and nonlinear distortion. The same problem of signal sequence detection remains to be solved in a future magnetic recording system that comes in predisposed to trend for recording by large-sector size instead of existing single-sector one that consists of 512 information 8-bits bytes. For the above problem, this paper shows the signal estimation method based on statistical inference for such a finite mixture model with known number of degraded noise components. Our signal detection scheme with multivariate autoregressive models for total noise and the expectation maximization algorithm is applied to maximum a posteriori estimation for multivariate mixtures of noise. Furthermore, a non-binary low-density parity-check (LDPC) code is used for an error-correcting code that satisfies the specific run-length limited condition in the proposed system. It shows that the proposed error-correcting and signal detection methods are effective in estimating signal sequences degraded by media noise and in improving the error rate performances with respect to the conventional system using the binary LDPC code and univariate autoregressive model.     

A novel image fusion encryption algorithm based on DNA sequence operation and hyper-chaotic system

A new image fusion encryption algorithm based on image fusion and DNA sequence operation and hyper-chaotic system is presented. Firstly, two DNA sequences matrices are obtained by encoding the original image and the key image. Secondly, using the chaotic sequences generated by Chen's hyper-chaotic maps to scramble the locations of elements from the DNA sequence matrix which generated form original image. Thirdly, XOR the scrambled DNA matrix and the random DNA matrix by using DNA sequence addition operation. At last, decoding the DNA sequence matrix, we will get the encrypted image. The simulation experimental results and security analysis show that our algorithm not only has good encryption effect, but also has the ability of resisting exhaustive attack and statistical attack.     

A novel color image encryption scheme using fractional-order hyperchaotic system and DNA sequence operations

In this paper, Adomian decomposition method(ADM) with high accuracy and fast convergence is introduced to solve the fractional-order piecewise-linear(PWL) hyperchaotic system. Based on the obtained hyperchaotic sequences,a novel color image encryption algorithm is proposed by employing a hybrid model of bidirectional circular permutation and DNA masking. In this scheme, the pixel positions of image are scrambled by circular permutation, and the pixel values are substituted by DNA sequence operations. In the DNA sequence operations, addition and substraction operations are performed according to traditional addition and subtraction in the binary, and two rounds of addition rules are used to encrypt the pixel values. The simulation results and security analysis show that the hyperchaotic map is suitable for image encryption, and the proposed encryption algorithm has good encryption effect and strong key sensitivity. It can resist brute-force attack, statistical attack, differential attack, known-plaintext, and chosen-plaintext attacks.     

随机脉冲序列的ns级时间检测及峰值检测

 利用1 GHz超高速A/D转换单元和现场可编程逻辑门阵列高速处理单元,实现了一种对快反应随机事件转换得到的快逻辑窄脉冲序列进行在线检测的系统。设计了PeakTDC滞回峰值检测算法以求取脉冲的峰值位置,并以峰值位置标定序列中的脉冲时间,进而形成脉冲序列的时间编码及峰值幅度。用实际生成的脉冲序列对系统进行了验证测试,脉冲检测的时间间隔误差为1 ns,峰值幅度误差为2个量化单位,脉冲对的分辨时间为10 ns。算法理论和实验结果表明,系统可以获得在有限长时间仓轴上的随机脉冲序列的ns级时间数字转换,同时可以获得脉冲的峰值。     

空间混沌序列的加密特性研究

提出一个基于空间混沌系统的伪随机序列发生器,对空间混沌产生的伪随机位序列进行了FIPS140-1统计性检验和相关性分析,并应用空间混沌产生的各态历经矩阵实现图像的加密解密,实验的结果表明这种基于空间混沌系统的伪随机序列产生器具有优良的随机性,巨大的密钥空间和敏感性. 关键词： 伪随机序列 空间混沌系统 图像加密     

基于单光子脉冲时间随机性的光量子随机源

提出了一种基于单光子脉冲时间随机性的光量子随机源。利用衰减成单光子态的光强恒定光源和一个单光子探测器产生单光子随机脉冲,通过连续比较单光子随机脉冲序列中相邻两个脉冲的时间间隔来提取随机位。通过设计高速响应的微通道板单光子探测器和基于现场可编程门阵列(FPGA)的随机位提取电路,获得了超过10Mbit/s的随机位产生速率。通过采用恒比定时和对计数时钟倍频的方法提高时间间隔的测量精度,从而减小随机位序列的相关系数。当光量子随机源的随机位产生速率在10kbit/s以下时,所获得的二进制随机位序列的相关系数小于0.001。运用随机性测试程序ENT和DIEHARD对所获的随机位序列进行测试,测试结果表明序列的随机性非常好且不需要后续处理,完全满足真随机数的标准。     

Detection and Location of Multi-Period Phenomena in Chaotic Binary Sequences

Due to the influence of finite calculation accuracy and binary quantization method, the performance of chaotic binary sequences has been degraded in varying degrees, and some sequences emerge as multi-period phenomena. Aiming at the problem that it is difficult to accurately detect this phenomenon, this paper proposes a multi-period positioning algorithm (MPPA), which can accurately detect and locate the accurate period and local period phenomena contained in chaotic binary sequences. In order to test the effectiveness and correctness of the algorithm, the multi-period characteristics of logistic binary sequences with different calculation accuracy are analyzed. MPPA evaluates the randomness of binary sequences from a new perspective, which provides a new idea for the analysis of cryptographic security of chaotic sequences.