混沌信号应用——雷达、传感与保密通信

　　第1章绪论
　　1.1混沌理论及其发展
　　1.2混沌信号应用研究历程 
　　1.2.1混沌信号在保密通信中的应用
　　1.2.2混沌信号在雷达中的应用
　　1.2.3混沌信号在光纤故障检测与传感中的应用
　　1.2.4混沌信号在太赫兹噪声产生中的应用
　　参考文献
　　第2章混沌雷达
　　2.1混沌激光雷达
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　　网上有一句所谓的爱因斯坦名言：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”。无论爱因斯坦是否说过这句话，都不会消除我对这句话的疑惑：如果学者们都在提出问题而不是解决问题，那么我们所处的世界中就会充满各种假说与玄学，人类社会的技术进步就不会取得现在这样的成就。科学研究不应只是满足学者的好奇心，更应该不断提升人类驾驭自然、应对未来的能力。本书较全面地总结了国内外相关研究团队在混沌信号应用领域的工作，特别是详细介绍了作者团队二十年来的混沌信号应用研究工作。无序、混乱的高熵信号（包括混沌信号、随机信号和噪声）通常是电子器件或测量系统的有害信号，会影响器件的性能或降低测量系统的精度。但另一方面，如果将混沌信号（或随机信号、噪声）作为探测信号，则该信号就具有随机、不可预测等特点，在低截获概率雷达、抗干扰测距、保密通信、高速密钥产生等应用上就独具优势。本书介绍了我们基于宽带混沌信号研发出的几种新型的仪器，包括混沌激光汽车防撞雷达、混沌穿墙雷达及用于救灾的生命探测仪、混…
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　　混沌理论的高速发展使得光电混沌信号在各种工程技术应用中得到广泛关注和发展。本书是作者团队十几年来关于光电混沌信号在雷达、传感、保密通信和毫米波噪声产生等应用领域研究成果的全面总结。在雷达探测方面，介绍了混沌激光雷达、混沌穿墙生命探测雷达和混沌探地雷达。在光纤测量与传感方面，阐述分析了混沌时域反射测量技术和混沌分布式光纤传感技术。在保密通信领域，论述了混沌光同步、混沌保密光通信、物理随机数发生器和基于混沌同步的密钥分发相关技术和成果。在噪声产生方面，介绍了混沌光混频产生毫米波、太赫兹噪声的机理及相应噪声源的研制。

　　第1章绪论
　　1.1混沌理论及其发展
　　1.2混沌信号应用研究历程 
　　1.2.1混沌信号在保密通信中的应用
　　1.2.2混沌信号在雷达中的应用
　　1.2.3混沌信号在光纤故障检测与传感中的应用
　　1.2.4混沌信号在太赫兹噪声产生中的应用
　　参考文献
　　第2章混沌雷达
　　2.1混沌激光雷达
　　2.1.1混沌激光雷达系统
　　2.1.2混沌激光雷达测距原理
　　2.1.3测距结果与抗干扰性分析
　　2.2混沌穿墙生命探测雷达
　　2.2.1混沌穿墙生命探测雷达
　　2.2.2混沌雷达生命检测算法
　　2.2.3穿墙生命探测结果
　　2.3混沌探地雷达
　　2.3.1极化混沌探地雷达系统
　　2.3.2极化混沌探地雷达数据融合
　　2.3.3地下管线探测结果
　　参考文献
　　第3章时域反射测量
　　3.1光时域反射测量
　　3.1.1光时域反射测量原理
　　3.1.2光时域反射仪主要性能参数
　　3.1.3光时域反射仪技术的发展
　　3.2混沌光时域反射仪
　　3.2.1混沌光时域反射仪原理
　　3.2.2单链路故障测量
　　3.2.3光纤的损耗测量
　　3.2.4波分复用无源光网络故障测量
　　3.2.5时分复用无源光网络故障测量
　　3.2.6故障可视混沌光时域反射仪
　　3.3混沌电时域反射测量
　　3.3.1混沌电时域反射测量原理与装置
　　3.3.2混沌信号发生器的设计与实现
　　3.3.3电缆故障测量结果
　　3.3.4电缆故障在线检测
　　参考文献
　　第4章混沌分布式光纤传感
　　4.1基础理论
　　4.1.1光纤中的布里渊散射
　　4.1.2布里渊散射传感机理
　　4.2混沌布里渊光相关域反射传感技术
　　4.2.1测量原理
　　4.2.2实验结果
　　4.3混沌布里渊光相关域分析传感技术
　　4.3.1测量原理
　　4.3.2实验结果
　　4.4时域门控混沌布里渊光相关域分析传感技术
　　4.5光纤拾音器传感技术
　　4.5.1测量原理
　　4.5.2实验结果
　　参考文献
　　第5章混沌光同步
　　5.1半导体激光器混沌同步
　　5.1.1单向注入同步
　　5.1.2互注入同步
　　5.1.3共同驱动同步
　　5.2光电振荡器混沌同步
　　参考文献
　　第6章混沌保密光通信
　　6.1基本原理
　　6.1.1信息掩藏
　　6.1.2信息解调
　　6.2关键技术方案
　　6.2.1高速率
　　6.2.2大容量
　　6.2.3长距离
　　6.2.4集成化
　　6.2.5安全性
　　6.3展望
　　参考文献
　　第7章物理随机数发生器
　　7.1基于混沌的随机数产生原理
　　7.2电学混沌随机数发生器
　　7.2.1基于离散时间混沌映射电路的随机数发生器
　　7.2.2基于连续时间混沌振荡器的随机数发生器
　　7.3光学混沌随机数发生器
　　7.3.1光电混沌随机数发生器
　　7.3.2全光随机数发生器
　　参考文献
　　第8章基于混沌同步的密钥分发
　　8.1引言
　　8.2基于互耦合混沌同步的密钥分发
　　8.3基于共同驱动混沌同步的密钥分发
　　8.4展望
　　参考文献
　　第9章毫米波及太赫兹噪声源
　　9.1噪声源概述
　　9.1.1噪声源的应用领域
　　9.1.2噪声源的主要参数
　　9.1.3噪声产生研究的发展趋势
　　9.2毫米波噪声产生技术
　　9.2.1基于热噪声的冷热负载噪声源
　　9.2.2有源冷噪声源
　　9.2.3固态噪声源研究进展
　　9.2.4光子毫米波噪声产生技术
　　9.3基于混沌光的毫米波噪声产生
　　9.3.1双波长混沌混频
　　9.3.2多波长光混频
　　9.3.3基于游标效应的混沌光梳混频
　　9.3.4毫米波/太赫兹噪声发生器的研制
　　9.4展望
　　参考文献
　　符号及缩略语说明
　　附录作者团队基于混沌源研制的10种仪器
　　索引
　　 
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　　网上有一句所谓的爱因斯坦名言：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”。无论爱因斯坦是否说过这句话，都不会消除我对这句话的疑惑：如果学者们都在提出问题而不是解决问题，那么我们所处的世界中就会充满各种假说与玄学，人类社会的技术进步就不会取得现在这样的成就。科学研究不应只是满足学者的好奇心，更应该不断提升人类驾驭自然、应对未来的能力。本书较全面地总结了国内外相关研究团队在混沌信号应用领域的工作，特别是详细介绍了作者团队二十年来的混沌信号应用研究工作。无序、混乱的高熵信号（包括混沌信号、随机信号和噪声）通常是电子器件或测量系统的有害信号，会影响器件的性能或降低测量系统的精度。但另一方面，如果将混沌信号（或随机信号、噪声）作为探测信号，则该信号就具有随机、不可预测等特点，在低截获概率雷达、抗干扰测距、保密通信、高速密钥产生等应用上就独具优势。本书介绍了我们基于宽带混沌信号研发出的几种新型的仪器，包括混沌激光汽车防撞雷达、混沌穿墙雷达及用于救灾的生命探测仪、混沌光时域反射仪、电缆故障检测仪、高速随机数发生器、毫米波与太赫兹波噪声发生器等，同时也介绍了混沌在高速保密光通信和分布式光纤传感上的应用探索。本书从酝酿到付印经历了13个年头。2011年冬，我与静冈大学的大坪顺次教授在台南成功大学附近的一家小酒馆闲聊，称赞他送我的《Semiconductor Lasers Stability, Instability and Chaos》专著写的很好，他说一个教授应该有一本专著作为一生研究成果的总结，并询问我何时写自己的专著。其实我在2010年7月就写好《混沌激光的产生与应用》一书的提纲，但一年半后还只字未动，就只能含糊地说：谢谢他的建议。本书从起意到付印拖了十余年之久，用追求完美，或者孔子的“述而不作”做理由，大概率是托词。水平不高、能力有限、内心忐忑才是实情。感谢太原理工大学张明江、王冰洁、王龙生、张建国、徐航、张建忠及广东工业大学李璞、王安帮、刘文杰、孙粤辉等同事与朋友的鼓励与支持。正是在他们的参与下，本书才得以付梓。本书第一章和第九章由我撰写，其余章节分别由徐航副教授（第二章）、王冰洁教授（第三章）、张明江教授（第四章）、王龙生副教授（第五、六、八章）、张建国副教授和李璞教授（第七章）撰写。感谢国家自然科学基金委和科技部项目的连续支持，以及山西省科技厅与广东省科技厅的接力式支持，特别要感谢国家自然科学基金委相继四个国家重大科学仪器研制项目的资助，才使得我们将纸质成果变为现实仪器。科学研究的魅力就在于尽管艰难但时常有惊喜。本书对混沌信号应用研究还只是初步或早期的探索，期待未来更大更多的成果诞生于读者手中。 wangyc@gdut.edu.cn2023年4月16日
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　　混沌理论的高速发展使得光电混沌信号在各种工程技术应用中得到广泛关注和发展。本书是作者团队十几年来关于光电混沌信号在雷达、传感、保密通信和毫米波噪声产生等应用领域研究成果的全面总结。在雷达探测方面，介绍了混沌激光雷达、混沌穿墙生命探测雷达和混沌探地雷达。在光纤测量与传感方面，阐述分析了混沌时域反射测量技术和混沌分布式光纤传感技术。在保密通信领域，论述了混沌光同步、混沌保密光通信、物理随机数发生器和基于混沌同步的密钥分发相关技术和成果。在噪声产生方面，介绍了混沌光混频产生毫米波、太赫兹噪声的机理及相应噪声源的研制。