半导体环形激光器不可预测特性及时延信息隐藏特性研究

摘要

随着现代化信息技术的发展，混沌保密通信系统的安全性受到了一定的威胁。一方面，由于时间序列分析方法的不断进步，使得窃听者可以成功恢复混沌载波信号的时延信息;另一方面，载波信号的不确定性也影响着系统的安全。半导体环形激光器(semiconductor ring laser, SRL)作为一种新型光源，在激光混沌通信系统中起着非常重要的作用。SRL的谐振腔可以使激光器工作在顺时针和逆时针两个方向，为增强激光混沌通信系统的安全性提供可能。本文从提高载波信号的安全性出发，定量分析了两个混沌通信系统载波信号的不可预测度和时延信息隐藏。
　　首先，研究了基于主-从式平行注入半导体环形激光器混沌载波产生方案，借助量化工具排列熵，从对称注入和非对称注入两个角度定量分析从激光器输出信号的不可预测程度，同时分析了输出信号带宽。结果表明:从激光器输出信号的不可预测性高于主激光器，该方案可以产生优于单一SRL的载波信号;非零高失谐频率下，非对称注入有利于实现载波信号不可预测度增强，排列熵值可达到0.8;载波信号带宽主要受失谐频率影响，负失谐可以显著增强的载波信号带宽:选择适当的注入强度及负失谐频率，从激光器可以输出两路高不可预测度及带宽增强的载波信号，一定程度上提高了在混沌保密通信系统的安全性。
　　然后，研究了基于自反馈式平行互注入半导体环形激光器(SF-PMISRLs)混沌通信方案，并与平行互注入半导体环形激光器(PMISRLs)混沌通信系统进行对比。针对对称和非对称两种注入方式，利用自相关函数的峰/谷最大值定量分析混沌强度时间序列的时延标记，借助量化工具排列熵分析混沌强度时间序列的不可预测度特性。结果表明:SF-PMISRLs系统与PMISRLs系统相比，前者满足时延隐藏的参数区域随失谐频率的增大而拓宽，后者对应的参数区域范围较窄，说明SF-PMISRLs系统可以使时延信息有效隐藏，特别地，在高失谐频率下选择非对称注入使得该系统时延信息隐藏效果最佳;SF-PMISRLs系统和PMISRLs系统相比，二者实现;不可预测性增强的参数区域基本相同，选择高失谐频率和适当注入强度大小可以有效提高SRL输出信号的不可预测度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外发展现状

1．2．1 半导体环形激光器研究现状

1．2．2 时延信息隐藏研究现状

1．2．3 不可预测度研究现状

1．3 论文目标方法及主要内容

1．3．1 目标及方法

1．3．2 主要内容

第2章 半导体环形激光器的理论模型及分析方法

2．1 半导体环形激光器的理论模型

2．2 光反馈SRL理论模型

2．2．1 SF-SRL系统结构

2．2．2 CF-SRL系统模型

2．3 数值算法及量化工具

2．4 本章小结

第3章 平行注入SRL不可预测度特性及带宽特性研究

3．1 平行注入SRL混沌系统模型分析

3．1．1 混沌系统结构

3．1．2 混沌系统速率方程描述

3．2 对称注入强度对系统不可预测度的影响

3．2．1 参数对混沌系统不可预测度的影响

3．2．2 参数对混沌系统带宽影响

3．2．3 曲线拟合

3．3 非对称注入对系统不可预测度的影响

3．3．1 参数对混沌系统不可预测度的影响

3．3．2 参数对混沌系统带宽影响

3．4 本章小结

第4章 基于自反馈平行互注入SRL时延隐藏及不可预测度特性研究

4．1 SF-PMISRLs混沌系统模型及速率方程

4．2 对称注入对混沌系统影响

4．2．1 系统时延特性研究

4．2．2 系统输出信号不可预测度特性研究

4．3 非对称注入对混沌系统影响

4．3．1 系统时延特性研究

4．3．2 系统输出信号不可预测度特性研究

4．3．3 参数取值曲线拟合

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文