基于混沌序列调制的混沌信号产生方法及装置

本发明涉及一种混沌信号产生方法及装置，属于微波光子。

背景技术：

1、混沌信号具有类噪声的特点，抗干扰能力强，不易受到环境中其他信号的影响，且具有很强的随机性，因此广泛应用于雷达、传感和保密通信中。常见的混沌信号产生方式有基于半导体激光器的光注入法，将光注入到半导体激光器中，调节光的注入强度和频率，以产生稳定的混沌信号；该方法结构复杂，易受到环境变化的干扰，产生的信号不稳定。最近发展的光电振荡器使用光电混合正反馈技术，可有效规避半导体激光器的驰豫振荡现象，能产生宽带的混沌信号，相比光注入法，该方法结构简单，信号复杂度高且更加稳定。但是，基于光电振荡器构建的混沌信号源由于具有固定长度的正反馈外腔，输出的混沌信号存在弱周期特性，呈现明显的时延特征，会造成以下几方面的影响：1、影响所生成随机数的统计无序性；2、窃听者可以通过时延特征的分析，获取光电振荡器的腔长信息，重构混沌光电振荡器，对保密通信的安全性造成严重影响；3、其自相关曲线存在明显的旁瓣，会引起混沌雷达的虚警或者误判。此外，在混沌光电振荡器的实际应用中，由于调制器的直流偏置电压易受环境温度影响，产生漂移，难以稳定控制在设定的工作点处，因此极易导致混沌信号的频域平坦度降低，周期性变强，混沌复杂度和随机性降低。

2、为解决现有混沌光电振荡器所输出混沌信号具有明显时延特征的问题，研究者提出了一系列技术方案。公开号为cn115133379 a的中国发明专利公开了一种基于受激布里渊散射放大的随机信号生成装置及方法，利用瑞利散射的腔长随机性解决了上述问题，但其为了放大瑞利散射需要额外引入一个泵浦模块和光放大器，增加了系统的复杂性以及成本。公开号为cn116053930 a的中国发明专利在色散环路的实施方案中引入啁啾光纤布拉格光栅无源光器件，在光路上利用光栅反射效应形成环路实现混沌产生，与此同时利用光栅啁啾效应引起的群速度色散实现时延特征抑制。上述解决方案虽然一定程度上解决了时延特征问题，但普遍存在系统复杂、实现成本高的不足，同时均无法解决调制器直流偏置电压受环境影响漂移所导致的混沌信号性能恶化的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种基于混沌序列调制的混沌信号产生方法，可低成本地解决混沌光电振荡器存在明显时延特征的问题，且产生的信号特征稳定，不受调制器偏置点漂移的影响。

2、本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

3、一种基于混沌序列调制的混沌信号产生方法，用混沌时间序列信号对连续光信号进行强度调制，并将所得到的调制光信号输入光电振荡环路，从而从所述光电振荡环路中输出消除了时延特征的混沌信号；所述混沌时间序列信号为在单个周期内呈现理想混沌信号波形的周期性信号。

4、基于同一发明构思还可得到以下技术方案：

5、一种基于混沌序列调制的混沌信号产生装置，包括调制光模块和光电振荡环路，调制光模块用于用混沌时间序列信号对连续光信号进行强度调制，并将所得到的调制光信号输入光电振荡环路，从而从所述光电振荡环路中输出消除了时延特征的混沌信号；所述混沌时间序列信号为在单个周期内呈现理想混沌信号波形的周期性信号。

6、优选地，所述混沌时间序列信号使用以下方法得到：基于混沌光电振荡器的数学模型，通过仿真的方式得到该混沌光电振荡器所输出的理想混沌信号波形；然后从所述理想混沌信号波形中截取片段作为目标信号波形，通过任意波形发生器生成所述混沌时间序列信号。

7、进一步优选地，所述混沌光电振荡器为带通滤波型的光电振荡器，其数学模型具体如下：

8、

9、

10、其中，x(t)＝πv(t)/2vπrf，β＝πsgkp0/2vπrf，y(t)＝∫tx(t′)dt′，τh＝1/2πfh，τl＝1/2πfl，fh是高通截止频率，fl是低通截止频率，β表示反馈系数，vπrf表示调制器的射频半波电压，vπdc表示调制器的直流半波电压，v(t)表示调制器的射频输入信号，vb表示调制器的直流偏置电压，s表示光电探测器的响应系数，g表示放大器增益，k表示环路损耗，p0表示环路输入光功率，x(t)表示输入电信号，t表示振荡环路周期，t表示时间。

11、相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益技术效果：

12、本发明通过增加一个由混沌时间序列调制的调制光模块来增加注入光源的复杂性，从而完全抑制了混沌光电振荡环路本身的弱周期性和时延特征；提高了混沌信号的复杂度，从而能提高保密通信的安全性；消除了其自相关图像的侧峰，从而大大降低了混沌雷达探测的虚警率。此外，本方案对环境变化的抵抗能力很强，系统一旦进入混沌状态，任意改变光电振荡环路中的偏置电压，系统都能产生宽带且频谱非常平坦的高质量混沌信号，能适应恶劣的外部环境变化，操作步骤简单，混沌信号易于产生。

技术特征：

1.一种基于混沌序列调制的混沌信号产生方法，其特征在于，用混沌时间序列信号对连续光信号进行强度调制，并将所得到的调制光信号输入光电振荡环路，从而从所述光电振荡环路中输出消除了时延特征的混沌信号；所述混沌时间序列信号为在单个周期内呈现理想混沌信号波形的周期性信号。

2.如权利要求1所述基于混沌序列调制的混沌信号产生方法，其特征在于，所述混沌时间序列信号使用以下方法得到：基于混沌光电振荡器的数学模型，通过仿真的方式得到该混沌光电振荡器所输出的理想混沌信号波形；然后从所述理想混沌信号波形中截取片段作为目标信号波形，通过任意波形发生器生成所述混沌时间序列信号。

3.如权利要求2所述基于混沌序列调制的混沌信号产生方法，其特征在于，所述混沌光电振荡器为带通滤波型的光电振荡器，其数学模型具体如下：

4.一种基于混沌序列调制的混沌信号产生装置，其特征在于，包括调制光模块和光电振荡环路，调制光模块用于用混沌时间序列信号对连续光信号进行强度调制，并将所得到的调制光信号输入光电振荡环路，从而从所述光电振荡环路中输出消除了时延特征的混沌信号；所述混沌时间序列信号为在单个周期内呈现理想混沌信号波形的周期性信号。

5.如权利要求4所述基于混沌序列调制的混沌信号产生装置，其特征在于，所述混沌时间序列信号使用以下方法得到：基于混沌光电振荡器的数学模型，通过仿真的方式得到该混沌光电振荡器所输出的理想混沌信号波形；然后从所述理想混沌信号波形中截取片段作为目标信号波形，通过任意波形发生器生成所述混沌时间序列信号。

6.如权利要求5所述基于混沌序列调制的混沌信号产生装置，其特征在于，所述混沌光电振荡器为带通滤波型的光电振荡器，其数学模型具体如下：

技术总结本发明公开了一种基于混沌序列调制的混沌信号产生方法，属于微波光子技术领域。本发明方法用混沌时间序列信号对连续光信号进行强度调制，并将所得到的调制光信号输入光电振荡环路，从而从所述光电振荡环路中输出消除了时延特征的混沌信号；所述混沌时间序列信号为在单个周期内呈现理想混沌信号波形的周期性信号。本发明还公开了一种基于混沌序列调制的混沌信号产生装置。相比现有技术，本发明可低成本地解决混沌光电振荡器存在明显时延特征的问题，且产生的信号特征稳定，不受调制器偏置点漂移的影响。技术研发人员：徐忠扬,虞启月,潘时龙,章志健受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14