基于光电储备池的光混沌系统延时参数估计方法研究

作     者：宫慧源 

作者单位：武汉邮电科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：任海兰

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070201[理学-理论物理] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：时间延迟特征 混沌系统 储备池计算 估计方法 

摘      要：随着光纤通信技术的发展,光通信系统的保密性能也备受关注。混沌通信抗干扰能力强、安全性高,目前是广泛应用于保密通信领域的物理层加密方法。当混沌通信系统发射端和接收端的参数匹配时,通过混沌同步可以实现混沌通信。时间延时特征在混沌通信系统中极为重要,甚至可用于重构混沌系统。目前时间延时特征(TDS)参数一般采用数理统计方法进行估计,但随着混沌系统中非线性的增加,方法的有效性将明显下降,且所需获取的数据量比较大。基于机器学习的TDS估计方法在识别精度上有所提升,但需要预先获取混沌系统的部分先验知识,且算法结构复杂、计算时间比较长。为了提高TDS参数估计方法的有效性和估计效率,应对更复杂的应用环境,本文提出并验证了基于储备池的延时特征估计方法,论文主要研究成果如下:(1)本文提出一种基于储备池的二维图像延时特征估计方法,通过延时重构的方法将光混沌系统时间序列中的TDS转化到二维图像样本中,利用储备池网络在计算效率方面的优势对图像样本进行分类识别,通过遍历的方式成功在光电混沌系统中估计出TDS参数。在正常实验环境下,图像样本的识别率为100%;对于非线性极高的系统,仍然可以达到92.2%。实验结果充分验证了该方法估计TDS参数的有效性。(2)本文提出一种基于储备池的无模型延时特征估计方法,直接从光混沌系统时间序列中识别TDS参数,采用储备池网络在序列和其延时序列之间建立模型,以均方误差作为评判指标探讨延时与TDS参数之间的关系,从而成功估计出光电混沌系统的TDS参数,实验结果表明该方法所需数据量比传统方法少。除此之外,本文从反馈系数、信号输入增益、延时以及储备池节点数等四个储备池内部参数进行实验,研究储备池参数对TDS估计准确度的影响。