自由空間光通信fso安全性的混沌加密方法
【專利摘要】自由空間光通信FSO安全性的混沌加密方法，涉及一種自由空間光通信FSO安全性的混沌加密方法。解決現有自由空間光通信系統(tǒng)在通信過程中容易被截獲等問題，包括以下步驟：首先發(fā)送信號Si與單環(huán)摻餌光纖激光器系統(tǒng)產生的混沌信號進行加密變換，經過發(fā)射天線發(fā)送到大氣傳輸通道，然后接收系統(tǒng)從大氣通道接收此信號，此信號與單環(huán)摻餌光纖激光器系統(tǒng)產生的同步混沌信號進行解密變換，解密變換得到的信號可記作So。本發(fā)明利用單環(huán)摻鉺光纖激光器系統(tǒng)產生混沌信號為傳輸信號進行加密實現了自由空間光通信FSO的安全性傳輸。
【專利說明】自由空間光通信FSO安全性的混沌加密方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種自由空間光通信FSO安全性的混沌加密方法。

【背景技術】
[0002] FSO通信是一種以激光作為信息載體、通過大氣層或外空間傳輸的通信方式，又叫 自由空間光通信。最初用于軍事方面，隨著社會的發(fā)展，FSO通信技術已進入實用研究階 段，國內外都有相應的實驗系統(tǒng)和商業(yè)產品問世。它通常用來傳輸圖像、聲音及視頻文件 等，在許多場合下有保密傳輸的需求。一般來說，自由空間光通信的保密性很好，因為紅外 激光的波束很窄而且不可見，很難在空中發(fā)現信息鏈路，同時，激光束的定向性非常好，必 須截斷通信鏈路才能獲取信息，易被用戶察覺。隨著科技水平的提高，竊密者對秘密信息的 刺探和攻擊手段已經進入到量子級的水平。量子保密通信中使用的單光子探測系統(tǒng)已經能 觀察到，在這種情況下，自由空間光通信系統(tǒng)開放的信道就顯得毫無防護能力，竊密者在不 阻斷光束傳播的情況下就能獲取信息。竊取光信號的方法有兩種，第一種是在信道范圍內 直接測量的方法，第二種是在信道范圍外通過測量散射光的強度而獲取的方法。鑒于上述 原因，FSO通信系統(tǒng)信號可以被截獲，所以對信息進行加密是必要的。為了解決這個問題， 本發(fā)明基于混沌動力學系統(tǒng)的加密技術，給出了自由空間光通信FSO安全性的混沌加密方 法。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明為解決現有自由空間光通信系統(tǒng)在通信過程中容易被截獲等問題，提供一 種自由空間光通信FSO安全性的混沌加密方法。
[0004] 自由空間光通信FSO安全性的混沌加密方法，該方法由以下步驟實現：
[0005] 步驟一、將輸入信號Si與發(fā)送端的驅動混沌電路產生的混沌信號進行加密變換， 然后將經過所述加密變換的信號發(fā)送至接收端的大氣傳輸通道；
[0006] 步驟二、將步驟一所述的加密變換的信號與接收端的同步混沌電路產生的同步混 沌信號進行解密變換，獲得輸出信號S。；
[0007] 所述發(fā)送端的驅動混沌電路與接收端的同步混沌電路均由單環(huán)摻鉺光纖激光器 系統(tǒng)實現。
[0008] 本發(fā)明所述的步驟一中，輸入信號Si經過驅動混沌電路的光調制器C6與經延遲 器Dl出來的同步輸出信號進行調制，調制后的信號經過耦合器C2進入摻鉺光纖環(huán)M內；I pa 為摻鉺光纖環(huán)M的輸入泵浦光強，波分復用器C5將經過隔離器A的泵浦光強Ipa與經摻鉺 光纖環(huán)M反饋回來的信號進行復合，復合后的信號一部分輸入摻鉺光纖環(huán)M內，另一部分輸 出至耦合器C1，經耦合器Cl出來的信號一部分進入延遲器D1，另一部分信號作為加密變換 后的發(fā)射信號E m，所述發(fā)射信號Em經發(fā)射天線發(fā)射到大氣傳輸通道，并由接收端的接收天 線接收。
[0009] 本發(fā)明所述的步驟二中接收端接收加密變換的信號后，經耦合器C3分為兩路信 號，一路信號經波分復用器C4進入摻鉺光纖環(huán)S內，另一路信號Es與經耦合器C9輸出的 一路信號進行解密變換，獲得輸出信號S。；經耦合器C9的另一路信號依次經延遲器D2、光 調制器C8和耦合器C7進入同步混沌電路的摻鉺光纖環(huán)S內。
[0010] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的方法降低了自由空間光通信傳輸信息的竊取 性，由于利用單環(huán)摻鉺光纖激光器系統(tǒng)產生混沌信號，該信號具有非周期性，長期不可預測 性，對信息進行加密，即使被截獲，也不可能被解密。并且在現有的FSO通信加密方法上提 供了 一種可選性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明所述的自由空間光通信FSO安全性的混沌加密方法的原理圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明所述的自由空間光通信FSO安全性的混沌加密方法中單環(huán)摻鉺激光 器系統(tǒng)混沌通信結構圖。

【具體實施方式】

【具體實施方式】 [0013] 一、結合圖1和圖2說明本實施方式，自由空間光通信FSO安全性的 混沌加密方法，該方法由以下步驟實現：
[0014] 一、輸入信號Si經過驅動混沌電路的光調制器C6與經延遲器Dl出來的同步輸出 信號進行調制，調制后的信號經過耦合器C2進入摻鉺光纖環(huán)M內，在環(huán)M內，經耦合器C2耦 合后的信號通過極化控制器A、一段摻鉺光纖反饋到波分復用器C5。其中，光調制器C6的 損耗系數隨著輸入信號S i的不同而不同，損耗系數ε i的表達式可記ε i = 60+lOSi，所述 輸入信號Si是數字輸入信號，可以表不為：
[0015] τ = (2n+l)T/2, Si = 0 ；
[0016] τ = 2nT/2, Si = I ；
[0017] T為數字信號周期，η為整數。
[0018] 二、Ipa為摻鉺光纖環(huán)M的輸入泵浦光強，波分復用器C5把經過隔離器A的泵浦 光強I pa與摻鉺光纖環(huán)M反饋回來的信號進行復合，復合后的信號一部分輸入摻鉺光纖環(huán)M 內，另一部分輸出到耦合器Cl，從耦合器Cl出來的信號一部分進入延遲器Dl，另一部分信 號作為加密變換后的發(fā)射信號Em，然后將該信號發(fā)射到大氣傳輸通道，并被接收天線接收。
[0019] 三、接收天線從大氣傳輸通道接收的信號Em經過耦合器C3耦合后，一部分信號與 摻鉺光纖環(huán)S反饋的信號進入波分復用器C4進行復合，復合后的一部分信號進入摻鉺光纖 環(huán)S內，并經極化控制器B、一段摻鉺光纖反饋到波分復用器C10,復合后的另一部分信號輸 出到摻鉺光纖環(huán)S外；
[0020] Ipb為摻鉺光纖環(huán)S的輸入泵浦光強，波分復用器ClO把經過隔離器B的泵浦光強 Ipb與摻鉺光纖環(huán)S反饋回來的信號進行復合，復合后的信號經過耦合器C9耦合后，一部分 信號經延遲器D2、光調制器C8、耦合器C7輸入摻鉺光纖S環(huán)內，經耦合器C9耦合的另一部 分信號與耦合器C3耦合后的另外一部分同步信號E s進行解密變換，獲得輸出信號S。。其 中產生信號Em的驅動混沌電路與產生Es的同步混沌電路的歸一化動力學方程表示為：
[0021] Em(x) = -kmEm( τ )+gmEm( τ )Dm- ε τ - τ 〇)
[0022] Dm = -[Ipa+1+1 Em( τ ) 12]Dm+Ipa_l
[0023] Es ( τ ) = -ks [Es ( τ ) -b0Em ( τ ) ] +gsEs ( τ ) Ds- ε 〇Es ( τ - τ 〇)
[0024] Ds = -[Ipb+l+|Es(x)|2]Ds+I pb-l
[0025] 式中，Em，Es分別為驅動混沌電路與同步混沌電路的輸出激光場強，ε ^固定為常 數70，ε i = eO+lOSpb。表示通過耦合器C4傳輸信號的比率，其值可取

【權利要求】
1. 自由空間光通信FSO安全性的混沌加密方法，其特征是，該方法由以下步驟實現： 步驟一、將輸入信號Si與發(fā)送端的驅動混沌電路產生的混沌信號進行加密變換，然后 將經過所述加密變換的信號發(fā)送至接收端的大氣傳輸通道； 步驟二、將步驟一所述的加密變換的信號與接收端的同步混沌電路產生的同步混沌信 號進行解密變換，獲得輸出信號S。； 所述發(fā)送端的驅動混沌電路與接收端的同步混沌電路均由單環(huán)摻鉺光纖激光器系統(tǒng) 實現。
2. 根據權利要求1所述的自由空間光通信FS0安全性的混沌加密方法，其特征在于，步 驟一中，輸入信號Si經過驅動混沌電路的光調制器C6與經延遲器D1出來的同步輸出信號 進行調制，調制后的信號經過耦合器C2進入摻鉺光纖環(huán)M內；Ipa為摻鉺光纖環(huán)M的輸入泵 浦光強，波分復用器C5將經過隔離器A的泵浦光強Ipa與經摻鉺光纖環(huán)M反饋回來的信號 進行復合，復合后的信號一部分輸入摻鉺光纖環(huán)M內，另一部分輸出至f禹合器C1，經f禹合器 C1出來的信號一部分進入延遲器D1，另一部分信號作為加密變換后的發(fā)射信號Em，所述發(fā) 射信號Em經發(fā)射天線發(fā)射到大氣傳輸通道，并由接收端的接收天線接收。
3. 根據權利要求1所述的自由空間光通信FS0安全性的混沌加密方法，其特征在于，步 驟二中接收端接收加密變換的信號后，經耦合器C3分為兩路信號，一路信號經波分復用器 C4進入摻鉺光纖環(huán)S內，另一路信號Es與經耦合器C9輸出的一路信號進行解密變換，獲得 輸出信號S。；經耦合器C9的另一路信號依次經延遲器D2、光調制器C8和耦合器C7進入同 步混沌電路的摻鉺光纖環(huán)S內。
【文檔編號】H04B10/50GK104333445SQ201410679988
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權日:2014年11月24日
【發(fā)明者】王圣達, 隋吉生, 趙亮, 叢犁, 陳曉娟, 車小磊, 王曉輝 申請人:國網吉林省電力有限公司信息通信公司, 東北電力大學