一种基于混沌信号的太赫兹安全通信系统

本发明属于无线通信，具体涉及一种基于混沌信号的太赫兹安全通信系统。

背景技术：

1、作为下一代无线通信技术的核心技术之一，太赫兹通信具有tbit/s级数据传输速率。然而太赫兹波频率高，受传输链路周围大气环境影响大、穿透力低、链路衰减较大。为了提高信号传输性能，太赫兹通信通常借助高增益天线和透镜产生具有高指向性的高度定向波束，使太赫兹信号能量主要集中在具有较强方向性的通信链路上，减小自由空间传输的链路损耗。太赫兹波的高指向性和传输范围有限等特点在理论上使得太赫兹通信链路更加安全可靠。

2、然而，与此同时，利用太赫兹波反射和散射特性可能导致信号衰减、多径干扰甚至被恶意截获，从而影响太赫兹链路的通信安全。因此，确保太赫兹通信传输的安全性、稳定性和高效性仍是当前研究和技术发展的重点。

3、apostolos argyris等人在nature期刊发表文章“chaos-based communicationsat high bit rates using commercial fiber-optic links”，该文献分别基于马赫曾德尔调制器（mzm）的电光反馈和基于半导体激光器的全光反馈机制产生光混沌实现混沌加密，接收端采用对称开环物理架构实现了高质量的混沌同步，进而实现了商用光纤网络中的长距离的混沌通信。

4、yiqun zhang等人在optics letter期刊发表文章“experimental demonstrationof an 8-gbit/s free-space secure optical communication link using all-opticalchaos modulation”，该文献基于半导体激光器的全光反馈机制产生光混沌实现混沌加密，接收端采用对称开环物理架构实现了高质量的混沌同步，通过将混沌光通信拓展到自由空间光通信，为实现自由空间安全通信提供了一个有效的方案。

5、目前，光混沌通信研究主要集中在光纤通信，针对无线通信的混沌通信研究仍在起步阶段，此外，过高混沌同步架构的物理复杂度也影响混沌同步的质量进而影响混沌通信的传输性能。因此，需要提供一种更为安全、稳定和高效的通信系统。

技术实现思路

1、鉴于上述，本发明的目的是提供一种基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，利用灵活光学架构产生混沌信号对明文光信号进行混沌加密，结合灵活的外差拍频架构实现太赫兹混沌加密信号的产生，并在接收端采用基于神经网络的混沌同步架构实现高质量混沌同步，降低太赫兹混沌接收机物理复杂度，有效提高太赫兹通信传输的安全性、稳定性和高效性。

2、为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

3、本发明实施例提供的一种基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，包括：多波长相干光源模块、信息光调制模块、混沌加密模块、太赫兹信号发射模块和信号接收模块；

4、多波长相干光源模块用于产生两束相干的光载波；

5、信息光调制模块用于对产生的光信号和明文信号进行强制得到明文光信号；

6、混沌加密模块用于基于两束相干的光载波中的第一束光载波对明文光信号进行混沌加密形成密文光信号；

7、太赫兹信号发射模块用于基于两束相干的光载波中的第二束光载波将密文光信号转换为太赫兹混沌加密信号并发射；

8、信号接收模块用于接收太赫兹混沌加密信号并解密解调恢复明文信息。

9、优选地，多波长相干光源模块采用电光调制器或电光谐振腔产生光学频率梳后输入滤波器中滤出两束光载波，两束光载波的频率之差等于待生成太赫兹信号的中心频率。

10、优选地，信息光调制模块采用直接调制激光器、外部调制激光器或电光调制器将明文信号调制到光信号上。

11、优选地，电光调制器包括马赫曾德尔调制器、相位调制器、双平行马赫曾德尔调制器。

12、优选地，混沌加密模块包括：第一光放大器、混沌信号产生模块和第一可调衰减器；

13、第一光放大器用于放大两束相干的光载波中的第一束光载波；

14、混沌信号产生模块用于利用放大后的第一束光载波在光域产生混沌信号后对调节信息光调制模块输出的明文光信号进行混沌掩盖加密；

15、第一可调衰减器用于调节信息光调制模块输出的明文光信号的光功率以调节与混沌信号进行混沌加密掩盖的比例。

16、优选地，混沌信号产生模块利用非线性光电物理器件在光域产生混沌信号，其中，非线性光电物理器件包括激光器、马赫曾德尔调制器或马赫曾德尔干涉仪。

17、优选地，太赫兹信号发射模块包括：第二可调衰减器、第一光耦合器、第二光放大器、第三偏振控制器、第三可调衰减器和太赫兹信号发射器；

18、第二可调衰减器用于将两束相干的光载波中的第二束光载波作为光本振信号，调节光本振信号的光功率使其与混沌加密模块输出的密文光信号功率匹配；

19、第一光耦合器用于将光本振信号与密文光信号进行耦合得到耦合信号；

20、第二光放大器用于放大耦合信号；

21、第三偏振控制器用于调节耦合信号的偏振态；

22、第三可调衰减器用于偏振态调节后的耦合信号的光功率；

23、太赫兹信号发射器用于利用光功率调节后的耦合信号通过拍频产生太赫兹混沌加密信号并发射。

24、优选地，信号接收模块包括：太赫兹信号接收器和信号处理模块；

25、太赫兹信号接收器用于接收太赫兹混沌加密信号并通过下变频得到中频信号；

26、信号处理模块用于对中频信号进行解密解调，解密解调包括：下变频、混沌解密和信道补偿，最终恢复出明文信号的通信信息。

27、优选地，太赫兹信号接收器包括：亚谐波混频器、光电导天线、肖特基势垒二极管或量子阱光电探测器。

28、优选地，利用神经网络实现混沌同步进而实现混沌解密，其中，神经网络包括全连接神经网络、卷积神经网络、循环神经网络或储备池神经网络。

29、与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：

30、（1）本发明基于混沌信号实现太赫兹安全通信系统，提升了太赫兹系统的物理层安全，保障了太赫兹通信信息传输的安全性。

31、（2）本发明基于神经网络实现了太赫兹混沌同步，有效降低了太赫兹混沌通信接收机的物理复杂度，保证了混沌同步性能一致性，提高了太赫兹通信传输的稳定性和高效性。

技术特征：

1.一种基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，其特征在于，包括：多波长相干光源模块、信息光调制模块、混沌加密模块、太赫兹信号发射模块和信号接收模块；

2.根据权利要求1所述的基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，其特征在于，多波长相干光源模块采用电光调制器或电光谐振腔产生光学频率梳后输入滤波器中滤出两束光载波，两束光载波的频率之差等于待生成太赫兹信号的中心频率。

3.根据权利要求1所述的基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，其特征在于，信息光调制模块采用直接调制激光器、外部调制激光器或电光调制器将明文信号调制到光信号上。

4.根据权利要求2或3所述的基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，其特征在于，电光调制器包括马赫曾德尔调制器、相位调制器、双平行马赫曾德尔调制器。

5.根据权利要求1所述的基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，其特征在于，混沌加密模块包括：第一光放大器、混沌信号产生模块和第一可调衰减器；

6.根据权利要求5所述的基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，其特征在于，混沌信号产生模块利用非线性光电物理器件在光域产生混沌信号，其中，非线性光电物理器件包括激光器、马赫曾德尔调制器或马赫曾德尔干涉仪。

7.根据权利要求1所述的基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，其特征在于，太赫兹信号发射模块包括：第二可调衰减器、第一光耦合器、第二光放大器、第三偏振控制器、第三可调衰减器和太赫兹信号发射器；

8.根据权利要求1所述的基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，其特征在于，信号接收模块包括：太赫兹信号接收器和信号处理模块；

9.根据权利要求8所述的基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，其特征在于，太赫兹信号接收器包括：亚谐波混频器、光电导天线、肖特基势垒二极管或量子阱光电探测器。

10.根据权利要求8所述的基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，其特征在于，利用神经网络实现混沌同步进而实现混沌解密，其中，神经网络包括全连接神经网络、卷积神经网络、循环神经网络或储备池神经网络。

技术总结本发明公开了一种基于混沌信号的太赫兹安全通信系统，包括：多波长相干光源模块、信息光调制模块、混沌加密模块、太赫兹信号发射模块和信号接收模块；多波长相干光源模块用于产生两束相干的光载波；信息光调制模块用于对产生的光信号和明文信号进行调制得到明文光信号；混沌加密模块用于基于第一束光载波对明文光信号进行混沌加密形成密文光信号；太赫兹信号发射模块用于基于第二束光载波将密文光信号转换为太赫兹混沌加密信号并发射；信号接收模块用于接收太赫兹混沌加密信号并解密解调恢复明文信息。本发明基于混沌信号实现太赫兹安全通信系统，能够有效提高太赫兹通信传输的安全性、稳定性和高效性。技术研发人员：邓秋卓,张鹿,余显斌受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26