本发明涉及光电和光纤通信，更为具体的讲，涉及一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统。
背景技术：
1、在信息安全问题日益严峻的今天，各类层出不穷的窃听攻击手段使人们对保密通信系统提出了更高的安全性要求，如何提高大容量、长距离光纤通信系统的传输安全性成为了研究的热点问题。基于传统高层加密协议的保密技术由于计算机处理速度的提升，其安全性能受到限制，故研究者将目光转向了基于物理层安全的保密光纤通信技术。目前物理层保密光纤通信技术主要有量子通信技术、光码分多址安全通信技术、混沌保密光通信技术等，其中，混沌保密光通信以其兼容现有光纤通信系统及适用于高速率、长距离保密通信等优点受到了研究者的广泛关注。
2、针对高速率、长距离保密光传输的需求，目前混沌光保密通信系统的研究重点主要集中在通信系统安全性增强和数据传输速率提高等方面。混沌保密光通信系统安全性增强可以从提高混沌同步信号的复杂度、改善系统结构实现时延特征隐藏等方面进行，其中，提高混沌同步信号的复杂度可以使信号加密前后的相关性降低，从而避免窃听者从所截获的加密信息中直接提取明文相关信息。目前提升混沌信号复杂度的方法包括引入非线性元件、引入数字信号处理算法对混沌信号进行处理等，在提升混沌信号复杂度的同时需要关注系统复杂度及混沌同步难度等因素。
3、除了保密光通信系统安全性增强的问题，提升单波保密数据传输速率也是目前混沌光保密通信系统的一个重要研究方向。目前，混沌保密光通信系统与传统光通信系统的100gb/s以上的传输速率仍有一定距离，为了提高混沌保密光通信系统的传输速率，除了增大光混沌载波带宽外，还可以采用高阶调制技术及相干检测技术。采用提升混沌带宽的方法虽然能在一定程度上提升传输速率，但同时也需要使用更复杂的器件及更昂贵的设备，故将混沌保密光通信系统与相干光通信系统相结合，运用硬件混沌加密结构与数字信号处理的相互协同提升系统传输速率，将是实现高速率、长距离保密光传输的重要方向。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于混沌相位加密的相干光保密通信系统，解决传统混沌同步加密前后相关系数不够低的问题，实现对高阶调制光信号的有效加密与解密，在提升系统传输速率的同时增强光信号在光纤链路上传输的安全性。
2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
3、本发明提供了一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统，包括发送端、传输光纤模块以及接收端；
4、所述发送端包括：驱动信号产生模块、混沌产生模块、高阶调制信号产生模块、加密模块；所述驱动信号产生模块包括第一连续激光器、第一偏振控制器、第一相位调制器、数据生成模块；所述混沌产生模块包括第一光耦合器、第一色散部件、第二光耦合器、第二偏振控制器、第一分布式反馈激光器、第三偏振控制器、第一掺铒光纤放大器、第二相位调制器、第一光电探测器、第一射频放大器、第二色散部件、第二光电探测器、第二射频放大器；所述高阶调制信号产生模块包括第二窄线宽连续激光器、iq调制器、任意波形发生器；所述加密模块包括第二掺铒光纤放大器、第三色散部件、第三掺铒光纤放大器、第三相位调制器；所述光纤传输模块包括：波分复用器、单模光纤、色散补偿光纤、波分解复用器；所述接收端包括：同步模块、解密模块、相干解调接收模块；所述同步模块包括第五色散部件、第三光耦合器、第四偏振控制器、第二分布式反馈激光器、第五偏振控制器、第四掺铒光纤放大器、第五相位调制器、第三光电探测器、第三射频放大器、第六色散部件、第四光电探测器、第四射频放大器；所述解密模块包括第四相位调制器、第四色散部件；所述相干解调接收模块包括第三窄线宽连续激光器、相干接收器、数字信号处理模块；发送端、传输光纤模块和接收端依次连接，具体地：
5、驱动信号产生模块发出的驱动光信号驱动混沌产生模块产生用于加密的混沌信号，高阶调制信号产生模块发出待加密的高阶调制光信号，加密模块对所述高阶调制光信号进行加密，其中，加密模块的第三色散部件使高阶调制光信号的振幅失真实现时域加密，混沌产生模块产生的混沌信号作为第三相位调制器的驱动电信号进一步对高阶调制光信号进行相位置乱实现信息加密，加密后的高阶调制光信号与驱动信号产生模块产生的驱动光信号经过波分复用器耦合到由单模光纤和与单模光纤色散值匹配的色散补偿光纤组成的传输链路进行传输，经过传输，在接收端利用波分解复用器进行解复用后，分别将驱动光信号和加密信号输出到同步模块和解密模块；驱动光信号经过同步模块产生混沌信号对加密信号的相位进行解密，然后加密信号经过第四色散部件对振幅进行恢复，得到原始的高阶调制光信号，原始高阶调制光信号经过相干接收器进行相干检测及数字信号处理模块处理后恢复出原始信息数据。
6、本技术方案提出了一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统，利用色散部件和包含分布式反馈激光器的光电相位环组成的混沌产生模块产生用于相位加密的混沌信号，利用色散部件和相位调制器组成加密模块，在色散和相位调制的共同作用下，对高阶调制光信号进行加密。利用同步模块产生与发送端反相的混沌信号用于相位解密，利用对称的解密模块恢复加密信号的相位和振幅得到原始高阶调制光信号，原始高阶调制光信号经过相干解调接收模块恢复出原始信息数据。由于混沌生成模块中的光电相位环中引入了分布式反馈激光器，使得产生的混沌信号更加复杂，增大了加密信号相位的扰乱程度，并且混沌生成模块与同步模块中的色散部件和分布式反馈激光器的参数要一致才能产生一致的混沌信号用于加密信号的相位解密，增加了系统的安全性，同时，由于待传输的信息数据调制为高阶调制信息，且采用了相干检测技术，增大了系统的传输速率。
7、进一步地，所述加密模块还包括：第二掺铒光纤放大器、第三色散部件、第三掺铒光纤放大器、第三相位调制器；所述解密模块包括第四相位调制器、第四色散部件；
8、第二掺铒光纤放大器的输出端和第三色散部件的输入端相连接，第三掺铒光纤放大器的输入端和第三色散部件的输出端相连接，第三相位调制器的输入端与第三掺铒光纤放大器的输出端相连接，第二射频放大器的输出作为第三相位调制器的驱动电信号，调整光信号的相位调制深度，第三相位调制器的输出端与波分复用器的第一输入端相连接，驱动信号产生模块产生的驱动光信号通过第一光耦合器输入到波分复用器的第二输入端，波分复用器将两路信号耦合后输出到由单模光纤及色散补偿光线组成的光纤传输链路。
9、传输后的信号经过波分解复用器后分离为驱动光信号和加密信号，驱动光信号通过波分解复用器的第一输出端输入到第五色散部件的输入端，第三光耦合器的输入端与第五色散部件的输出端相连接，第三光电探测器的输入端与第三光耦合器的第一输出端相连接，第三射频放大器的输入端与第三光电探测器的输出端相连接，第三射频放大器的输出作为第五相位调制器的驱动电信号，第四偏振控制器的输入端与第三光耦合器的第二输出端相连接，第二分布式反馈激光器的输入端与第四偏振控制器的输出端相连接，产生混沌信号，第五偏振控制器的输入端与第二分布式反馈激光器的输出端相连接，第四掺铒光纤放大器的输入端与第五偏振控制器的输出端相连接，第四掺铒光纤放大器的输出经过第五相位调制器后相位发生置乱，扰乱后的混沌信号经过第六色散部件实现相位变化至强度变化的转变，第六色散部件输出的混沌信号与第二色散部件输出的混沌信号相同，第四光电探测器的输入端与第六色散部件的输出端相连接，第四射频放大器的输入端与第四光电探测器的输出端相连接，要求第四射频放大器输出的混沌信号与发送端混沌信号幅度相同幅值相反，第四射频放大器的输出作为第四相位调制器的驱动电信号完成相位解密，第四相位调制器的输出端与第四色散部件的输入端相连接，要求第四色散部件与第三色散部件的色散值相反，恢复信号在时域上的扰乱，之后第四色散部件的输出端与第三窄线宽连续激光器的输出端分别连接到相干接收器的两个输入端进行相干检测输出电信号，输出的电信号经过数字信号处理模块处理后恢复出原始信息数据。
10、进一步地，第二射频放大器和第四射频放大器生成的驱动电信号幅度相同，幅值相反；第一色散部件和第五色散部件的色散值相同，第二色散部件和第六色散部件的色散值相同，第三色散部件和第四色散部件的色散值相反，第一分布式反馈激光器和第二分布式反馈激光器为参数一致的激光器，第二窄线宽连续激光器和第三窄线宽连续激光器为参数一致的激光器。
11、进一步地，第一色散部件、第二色散部件、第三色散部件、第四色散部件、第五色散部件、第六色散部件均可采用啁啾光纤光栅或常用的色散光纤替代。
12、一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统，包括步骤：
13、s1、生成用于搭载加密数据的光载波；
14、s2、利用iq调制器将任意波形发生器(120)产生的信号调制到光载波上，产生高阶调制光信号；
15、s3、利用第三色散部件(122)使高阶调制光信号的振幅失真实现时域加密；
16、s4、生成用于驱动发送端和接收端产生相同混沌信号的驱动光信号；
17、s5、利用第一色散部件(106)使驱动光信号在时域上产生畸变；
18、s6、利用第一光电探测器(113)、第一射频放大器(114)、第二偏振控制器(108)、第一分布式反馈激光器(109)、第三偏振控制器(110)、第一掺铒光纤放大器(111)、第二相位调制器(112)组成电光相位环，时域扰乱的驱动光信号经过电光相位环产生混沌信号；
19、s7、利用第二色散部件(115)扰乱混沌信号的时域分布；
20、s8、利用时域扰乱的混沌信号作为第三相位调制器(124)的驱动信号对时域加密的高阶调制光信号进行相位加密；
21、s9、发送端(1)将驱动光信号和加密信号经过光纤传输模块(2)发送到接收端(3)；
22、s10、利用第五色散部件(306)、第三光耦合器(307)、第四偏振控制器(308)、第二分布式反馈激光器(309)、第五偏振控制器(310)、第四掺铒光纤放大器(311)、第五相位调制器(312)、第三光电探测器(313)、第三射频放大器(314)、第六色散部件(315)组成同步模块，驱动光信号驱动同步模块产生与发送端相同混沌信号；
23、s11、利用产生的混沌信号作为第四相位调制器(301)的驱动信号对加密信号进行相位恢复；
24、s12、利用第四色散部件(302)对加密信号进行时域恢复得到解密信号；
25、s13、利用第三窄线宽连续激光器(305)作为本振光，通过相干接收器(303)实现对解密信号的探测接收，输出电信号；
26、s14、输出的电信号进入数字信号处理模块(304)进行处理恢复出原始数据。
27、本技术方案提出了一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统，与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：利用驱动信号产生模块产生驱动光信号，驱动混沌产生模块和同步模块产生两个幅度相同幅值相反的混沌信号用于加密信号的相位加密和解密，发送端利用色散和相位调制器的共同作用对高阶调制光信号进行加密。接收端利用对称的解密模块对加密信号进行相位和振幅上的恢复。解密信号利用相干接收器和数字信号处理模块解调恢复出原始信息数据；为了产生复杂度更高的混沌信号，在混沌产生模块中引入了两个色散部件和分布式反馈激光器，要求接收端同步模块的色散部件和分布式反馈激光器的参数要与发送端保持一致才能实现正确的相位解密，保证了加密与解密的安全性，窃听者在不了解混沌产生模块及其参数设置的情况下，无法产生正确的混沌信号用于相位解密，且加密模块色散加相位调制器的结构使得窃听者若想直接利用色散攻击破解系统，只会使加密信号实现相位变化至强度变化的转变，进一步扰乱加密信号，从而保证系统的安全性。进一步地，本技术方案采用了高阶调制解调及相干检测技术，将待传输的信息数据调制到任意阶调制信号上，如正交相移键控信号、十六进制正交幅度调制信号等高阶调制信号，从而有效提高了数系统据传输速率。
1.一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统，其特征在于，所述系统包括：发送端(1)、光纤传输模块(2)、接收端(3)；
2.根据权利要求1所述的一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统，其特征在于，所述混沌产生模块包括第一光耦合器(105)、第一色散部件(106)、第二光耦合器(107)、第二偏振控制器(108)、第一分布式反馈激光器(109)、第三偏振控制器(110)、第一掺铒光纤放大器(111)、第二相位调制器(112)第一光电探测器(113)、第一射频放大器(114)、第二色散部件(115)、第二光电探测器(116)、第二射频放大器(117)；
3.根据权利要求2所述的一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统，其特征在于，所述加密模块包括第二掺铒光纤放大器(121)、第三色散部件(122)、第三掺铒光纤放大器(123)、第三相位调制器(124)；所述解密模块包括第四相位调制器(301)、第四色散部件(302)；所述同步模块包括第五色散部件(306)、第三光耦合器(307)、第四偏振控制器(308)、第二分布式反馈激光器(309)、第五偏振控制器(310)、第四掺铒光纤放大器(311)、第五相位调制器(312)、第三光电探测器(313)、第三射频放大器(314)、第六色散部件(315)、第四光电探测器(316)、第四射频放大器317；所述相干解调接收模块包括第三窄线宽连续激光器(305)、相干接收器(303)、数字信号处理模块(304)；
4.根据权利要求3所述的一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统，其特征在于，第二射频放大器(117)和第四射频放大器(317)生成的驱动电信号幅度相同，幅值相反；第一色散部件(106)和第五色散部件(306)的色散值相同，第二色散部件(115)和第六色散部件(315)的色散值相同，第三色散部件(122)和第四色散部件(302)的色散值相反，第一分布式反馈激光器(109)和第二分布式反馈激光器(309)为参数一致的激光器，第二窄线宽连续激光器(118)和第三窄线宽连续激光器(305)为参数一致的激光器。
5.根据权利要求4所述的一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统，其特征在于，第一色散部件(106)、第二色散部件(115)、第三色散部件(122)、第四色散部件(302)、第五色散部件(306)、第六色散部件(315)均可采用啁啾光纤光栅或常用的色散光纤替代。
6.一种应用于权利要求1至5任一项所述一种基于混沌相位加密的高速相干光保密通信系统，其特征在于，包括步骤：
