书书书
第
36
卷
第
1
期
中
国
激
光
Vol.36
,
No.1
2009
年
1
月
CHINESEJOURNALOFLASERS
Januar
y
,
2009
文章编号:
02587025
(
2009
)
01013904
基于三维
犠犻
犵
狀犲狉
分布的混沌信号判定方法
郭小丹
方
捻
黄肇明
(上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海
200072
)
摘要
提出了基于
Wi
g
ner
分布(
WD
)的判定混沌信号的 改进 方 法。利用 混 沌 信 号 的 窄 带 特 性 和 三 维 时 频 谱 图 的
峰值波动情况判定混沌信号。该方法经洛伦兹 系 统 验 证 是 可 行 的。 计 算 了 混 沌 信 号 与 高 斯 噪 声 的
Wi
g
ner
分 布,
结果表明可以从三维时频谱直接将两者区分开。计算基 于 半 导 体 光 放 大 器 (
SOA
)的 环 形 激 光 器 输 出 光 实 验 数 据
的三维时频谱,结果与洛伦兹系统的非常相似,从而可判 定 该实 验 装置 产 生信 号 确为 混 沌信 号。
Wi
g
ner
分 布 三 维
时频谱准确地反映了信号的谱特性
,能够将系统的不稳状态与混沌状态以及噪声 区 分开。 无论 是 由动 力 学方 程 产
生的混沌还是实验上产生的混沌信号都可直观、有效地进行判定。
关键词
光通信;混沌;
Wi
g
ner
分布;半导体光放大器环形激光器;洛伦兹方程
中图分类号
O415
文献标识码
A
犱狅犻
:
10.3788
/
CJL20093601.0139
犕犲狋犺狅犱狅犳犞犲狉犻犳
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犵
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GuoXiaodan
Fan
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Huan
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狆
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,
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,
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200072
,
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)
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Anim
p
roved methodofdistin
g
uishin
g
chaoticsi
g
nalbasedon Wi
g
nerdistribution
(
WD
)
is
p
resented.
Thenarrowbandcharacteristicandthe
p
eakvaluefluctuationofthethreedimensionaltimefre
q
uenc
y
s
p
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usedtodistin
g
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g
nal.Themethodis
p
rovedtobefeasibleb
y
thecalculationofLorentzs
y
stem.The
WDofthechaoticsi
g
naliscom
p
aredwiththatoftheGaussiannoise
,
andtheresultindicatedthattheirs
p
ectracan
bedistin
g
uished.The WDisusedtodis
p
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p
utli
g
htofthefiberrin
g
laserbaseonsemiconductoro
p
tical
am
p
lifier
(
SOA
)
too
,
andtheresultissimilartothatofLorentzs
y
stem.Soitcouldbeverifiedthattheex
p
eriment
out
p
utischaoticli
g
ht.ThreedimensionalWDaccuratel
y
showsthes
p
ectralcharacteristicofthesi
g
nalandcanbe
usedtodifferentiatewhetherthes
y
stemisinnonstablestateorchaoticstateornoise.Itisanintuitiveandeffective
methodfordistin
g
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g
thechaoseither
g
eneratedfromd
y
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q
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p
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犓犲
狔
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o
p
ticalcommunications
;
chaos
;
Wi
g
nerdistribution
;
semiconductoro
p
ticalam
p
lifierrin
g
laser
;
Lorentz
e
q
uation
收稿日期:
20080125
;收到修改稿日期:
20080516
基金项目:国家自然科学基金(
60577042
)和上海市重点学科(
T102
)资助项目。
作者简介:郭小丹(
1983
—),女,硕士研究生,主要研究方向为光混沌保密通信技术。
Email
:
g
uoxiao7311
@
hotmail.com
导师简介:黄肇明(
1937
—),男,教授,博士生导师,目前主要从事光混沌通信方面的研究。
Email
:
zmhuan
g
@
mail.shu.edu.cn
通信联系人。
Email
:
nfan
g
@
staff.shu.edu.cn
1
引
言
混沌是自然界里确定系统中呈现的复杂与无规
则的非线性现象。 研 究混沌 特 性的方 法 有多种,如
相 图 法
、庞 加 莱 (
Poincaré
)图 法、李 雅 普 诺 夫
(
L
y
a
p
unov
)指 数 和 关 联 维 等
[
1
,
2
]
,它 们 均 是 在 时 域
中进行分析的。功率谱在描述混沌系统中具有重要
的意义,是研究系统从分岔走向混沌的重要方法,它
反映了信号的功率密度随频率的变化情况
。但混沌
信号的频谱也随时 间 而改变,因 此需要 采 用二维 的
时频分布图观测 混沌信 号 的能量 谱
[
3
]
。文献[
3
]仅
仅在二维平面中计 算 了混沌 信 号的时 频 分布,不 能
区分同一系统不同状态的特性
。本文不仅分析了混
沌信号频谱的窄带 特 性
,也 引 入了三 维 时频谱 图 来
查看时频分析的峰值变化情况。利用混沌信号的窄