一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法及系统技术方案

本发明专利技术一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法及系统，属于激光混沌同步保密通信技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：第三方驱动激光器采用光反馈方式产生混沌激光，分为两路作为驱动信号分别输出至相位调制器及ADC模块；主激光器采用混沌相位调制光反馈的方式产生混沌载波，分两路输出，一路传输至接收端的储备池计算模块；另一路叠加原始信息后产生的混沌加密信号经光纤环路传输至接收端；经ADC模块后的混沌数据作为储备池计算模块的输入，训练储备池使储备池计算模块与主激光器同步；本发明专利技术应用于保密通信。本发明专利技术应用于保密通信。本发明专利技术应用于保密通信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法及系统


[0001]本专利技术一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法及系统，属于机器学习中的储备池计算和激光混沌同步保密通信系统


技术介绍

[0002]基于第三方激光器驱动式的激光混沌同步保密通信理论上具有高速、长距离、低误码率等优点，但实际上要实现这项技术需要发射端和接收端激光器参数几乎完全一致才可以达到很好的同步效果，因此实际实现条件苛刻，具有一定难度并且对于激光器的内外部参数变化异常敏感。
[0003]此前，研究者NING JIANG等人(Jiang N,Zhao A,Liu S,et al.Chaos synchronization and communication in closed为loop semiconductor lasers subject to common chaotic phase为modulated feedback[J].Optics Express,2018,26(25):32404.)提出由第三方激光器控制主从激光器同步的方案，该方案虽然在传统主从同步的方案上有所改善，增加通信距离，但仍需要主从激光器参数几乎完全相同才能实现同步，实际应用受限。
[0004]研究者Ingo Fischer,等人(Fischer I,Vicente R,Buldu J M,et al.Zero为lag long为range synchronization via dynamical relaying[J].Physical Review Letters,2006,97(12):123902.)用第三方激光器实现了主从激光器之间的同步，但该结构仍然需要主从激光器参数严格一致，并且要想实现零滞后的完全同步，需要严格控制单项注入强度与互耦合强度之间的关系，控制过程复杂而困难。
[0005]基于上述问题，已有学者提出训练出一个与发射器参数匹配度较高的神经网络做接收器，但神经网络训练权值较难且收敛速度较慢导致过程耗时较长，因此只是一种理想概念而在实际应用中较难实现。储备池计算作为一种新的机器学习方法，相比于神经网络而言，简化神经网络训练过程，解决了神经网络结构难以确定、训练算法复杂的难题，因此本申请提出一种基于储备池计算实现激光混沌同步保密通信的方法及系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法的改进。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一：第三方驱动激光器通过反射镜的光反馈作用产生混沌激光，所述混沌激光依次经过分光比为：的第一光耦合器和第二光耦合器后输出两路均等光，这两路输出光分别同时经过第一光电探测器、第二光电探测器的光电转换作用和第一放大器、第二放大器的放大作用，转化为混沌电信号，其中一路混沌电信号作为驱动信号输出至发送端的相位调制器，另一路混沌电信号作为驱动信号输出至接收端的ADC模块；
[0009]步骤二：所述步骤一中输入至发送端的混沌电信号经相位调制器的非线性作用后耦合在主激光器的反馈回路中，使主激光器产生激光混沌载波；
[0010]所述混沌载波经第三光耦合器和第四光耦合器的分束后，分两路输出，一路混沌载波经第三光电探测器传输至接收端的储备池计算模块；
[0011]另一路混沌载波c(t)叠加原始信息m(t)后产生混沌加密信号c(t)+m(t)，所述混沌加密信号经光纤环路传输至接收端；
[0012]步骤三：所述步骤一中输入至接收端的混沌电信号经ADC模块后作为储备池计算模块的输入，在储备池训练阶段与来自发送端的混沌载波的共同作用下，训练储备池使储备池计算模块与主激光器同步；
[0013]步骤四：在储备池测试阶段，发送端停止向接收端传送混沌载波，只发送混沌加密信号，每发送一段混沌加密信号数据，接收端的储备池计算模块会在第三方驱动激光器的同步控制作用下输出与发送端同步的混沌载波c
’
(t)，混沌加密信号c(t)+m(t)与同步混沌载波c
’
(t)两者经过减法器解调出有用信息m
’
(t)。
[0014]所述步骤二主激光器产生混沌载波的具体步骤包括：
[0015]步骤2.1：主激光器产生连续光注入光环形器，所述光环形器为主激光器提供反馈回路；
[0016]步骤2.2：将相位调制器置于步骤一的反馈回路中，主激光器的输出光经相位调制器的非线性调制作用，并经过第三光耦合器和光隔离器后反馈回主激光器；
[0017]步骤2.3：所述步骤二中反馈回主激光器的光对主激光器形成扰动，使主激光器产生混沌载波。
[0018]所述步骤二中传输至接收端的混沌加密信号经过第四光电探测器的光电转换作用后作为接收端解密用的信号。
[0019]所述步骤三中储备池训练阶段的步骤具体为：
[0020]所述第三方驱动激光器的输出经第二光电探测器和ADC模块后作为储备池计算模块的输入，用于迭代生成储备池内部节点状态；
[0021]在训练阶段，发送端的混沌载波数据通过背对背方式传输至储备池计算模块，并作为储备池计算的目标输出数据，用于计算储备池与输出层的连接权重。
[0022]一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信系统，包括作为发送端的主激光器发送模块、作为接收端的储备池同步解密模块、用于给发送端和接收端提供同步驱动信号的第三方激光器驱动控制模块，所述第三方激光器驱动控制模块包括第三方驱动激光器，所述第三方驱动激光器采用光反馈方式产生混沌激光，所述混沌激光均等的分为两路光作为驱动信号分别输出至主激光器发送模块和储备池同步解密模块；
[0023]所述主激光器发送模块接收第三方驱动激光器产生的驱动信号后，通过设置在主激光器反馈回路中的相位调制器的非线性作用，使主激光器产生的混沌载波分为两路输出，其中一路混沌载波传输至储备池同步解密模块，另一路混沌载波叠加信息产生混沌加密信号通过光纤环路传输至储备池同步解密模块；
[0024]所述储备池同步解密模块接收第三方驱动激光器产生的驱动信号后输出同步混沌载波，所述同步混沌载波和主激光器发送模块发送的混沌加密信号，二者经过减法器解调出有用信息。
[0025]所述第三方驱动激光器的信号输出端串接分光比均为：的第一光耦合器、第二光耦合器，
[0026]所述第三方驱动激光器、第一光耦合器与反射镜形成光反馈结构使其产生混沌激光；
[0027]所述第二光耦合器输出光均等的分为两路，其中一路光路依次经过第一光电探测器、第一放大器后输入相位调制器，另一路光路依次经过第二光电探测器、第二放大器后输入ADC模块。
[0028]所述相位调制器的信号输入端与光环形器的第一端口相连，所述光环形器的第二端口与光隔离器的信号输出端相连，所述光环形器的第三端口与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：第三方驱动激光器（6）通过反射镜（9）的光反馈作用产生混沌激光，所述混沌激光依次经过分光比为50：50的第一光耦合器（41）和第二光耦合器（42）后输出两路均等光，这两路输出光分别同时经过第一光电探测器（81）、第二光电探测器（82）的光电转换作用和第一放大器（71）、第二放大器（72）的放大作用，转化为混沌电信号，其中一路混沌电信号作为驱动信号输出至发送端的相位调制器（3），另一路混沌电信号作为驱动信号输出至接收端的ADC模块；步骤二：所述步骤一中输入至发送端的混沌电信号经相位调制器（3）的非线性作用后耦合在主激光器（1）的反馈回路中，使主激光器（1）产生激光混沌载波；所述混沌载波经第三光耦合器（43）和第四光耦合器（44）的分束后，分两路输出，一路混沌载波经第三光电探测器（83）传输至接收端的储备池计算模块（10）；另一路混沌载波c(t)叠加原始信息m(t)后产生混沌加密信号c(t)+m(t)，所述混沌加密信号经光纤环路（15）传输至接收端；步骤三：所述步骤一中输入至接收端的混沌电信号经ADC模块后作为储备池计算模块（10）的输入，在储备池训练阶段与来自发送端的混沌载波的共同作用下，训练储备池使储备池计算模块（10）与主激光器（1）同步；步骤四：在储备池测试阶段，发送端停止向接收端传送混沌载波，只发送混沌加密信号，每发送一段混沌加密信号数据，接收端的储备池计算模块（10）会在第三方驱动激光器（6）的同步控制作用下输出与发送端同步的混沌载波c
’
(t)，混沌加密信号c(t)+m(t)与同步混沌载波c
’
(t)两者经过减法器（14）解调出有用信息m
’
(t)。2.根据权利要求1所述的一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法，其特征在于：所述步骤二主激光器（1）产生混沌载波的具体步骤包括：步骤2.1：主激光器（1）产生连续光注入光环形器（2），所述光环形器（2）为主激光器（1）提供反馈回路；步骤2.2：将相位调制器（3）置于步骤一的反馈回路中，主激光器（1）的输出光经相位调制器（3）的非线性调制作用，并经过第三光耦合器（43）和光隔离器（5）后反馈回主激光器（1）；步骤2.3：所述步骤二中反馈回主激光器（1）的光对主激光器（1）形成扰动，使主激光器（1）产生混沌载波。3.根据权利要求2所述的一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法，其特征在于：所述步骤二中传输至接收端的混沌加密信号经过第四光电探测器（84）的光电转换作用后作为接收端解密用的信号。4.根据权利要求3所述的一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法，其特征在于：所述步骤三中储备池训练阶段的步骤具体为：所述第三方驱动激光器（6）的输出经第二光电探测器（82）和ADC模块后作为储备池计算模块（10）的输入，用于迭代生成储备池内部节点状态；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建国，刘家跃，戴震，李创业，李豪豪，牛晨丰，王云才，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：