基于量子纠缠微波的导航测角方法及其实现装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于量子纠缠微波的导航测角方法及其实现装置，该方法在本地发射两路量子纠缠微波信号，在接收端通过正交分量关联检测的方式得到相邻两次测量的时间间隔，进而求得目标方位角；导航测角装置由地面发射部分和机载接收部分组成，其中地面发射部分包括纠缠微波生成器、延时器、水平极化天线和垂直极化天线，机载接收部分包括水平极化天线、垂直极化天线、放大器、振荡器、IQ正交支路检测器、数据处理器和显示器。本发明专利技术提高了导航测角中的安全性能和抗干扰能力，在复杂电磁环境下具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及量子导航
，具体涉及一种基于量子纠缠微波的导航测角方法及其实现装置。
技术介绍
导航随着人类的政治、经济和社会活动的需求而产生，到目前为止已经诞生了几十种实用的导航系统，现如今，无线电导航系统作为电子信息系统之一，仍然是军民航空领域的主要导航手段。在军事领域，导航技术构成了现代高技术战争的基石，不管是核潜艇、空间站，还是各类精确制导武器都依赖于导航技术和设备。传统导航测角技术大多利用无线电信号进行测角。其中，按照测角的原理可以分为振幅式测角、相位式测角以及时基波束扫描式测角。传统测角方法对于合作对象来说是一种非常有效的方法，但是容易受到干扰影响，测角精度有限，弱信号检测能力不强，且系统的安全性能得不到保证，无法满足在复杂环境条件下获取安全可靠的导航信息。因此人们需要一种更加安全可靠的导航测角技术。量子纠缠是量子力学领域的一种特殊“资源”，利用纠缠，人们得以突破经典电动力学的框架，从全新的视角去发展信息科学与技术，完成了一系列看似不可能完成的任务。量子纠缠具有不可克隆的特性，纠缠态在传播过程中，如果被敌方截取或测量了信号，那么不确定的纠缠态坍缩到确定状态，信号将会失去可用信息，因此理论上是完全保密的。同时，量子纠缠可以突破量子噪声极限，能够大大提高测量系统的精度。另外，纠缠信号具有集束到达的性质，在多光子纠缠情况下可提高作用距离和若信号检测能力。近年来，以量子纠缠为代表的各种量子技术迅速发展，并逐步应用于更加广泛的领域。量子纠缠微波信号是微波频段量子特性的体现。在超导环境下，利用约瑟夫森结可以进行量子微波方面的许多实验，2012年，德国E.P.Menzel小组将真空态与泵浦驱动的约瑟夫森参量放大器(Josephsonparametricamplifier)产生的压缩态混合，产生了空间分离的连续变量纠缠微波场；同年，法国E.Flurin小组利用约瑟夫森混合器(Josephsonmixer)实现了微波光场双模压缩态的空间分离，即制造了两路量子纠缠微波信号。量子纠缠微波的生成和探测技术愈来愈趋向于成熟，并且也尝试在量子通信、量子计算机等领域应用，然而目前并未见到其应用于导航的报道，因此，本专利技术目的在于借助量子纠缠微波的优势，将其应用于导航测角技术中，有效弥补现有测角方式存在的缺陷，提供安全可靠的导航信息，提高系统抗干扰能力和弱信号检测能力。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于量子纠缠微波的导航测角方法，包括：步骤1：利用量子纠缠微波生成器产生两路量子纠缠微波信号；步骤2：改变两路量子纠缠微波信号的延时，使两路量子纠缠微波信号波束相关联位置在空间形成偏移；步骤3：将一路量子纠缠微波信号送入水平极化天线，将另一路量子纠缠微波信号送入垂直极化天线，两天线之间的连线垂直于机场跑道中心线，两天线与机场跑道中心线等距且位于跑道平面的平行面上，两天线向飞机着陆端方向发射量子纠缠微波信号；步骤4：飞机上采用水平极化天线和垂直极化天线分别接收两路量子纠缠微波信号并进行无噪声放大；步骤5：将放大后的量子纠缠微波信号送入正交支路检测器中与振荡器产生的信号相混合生成中频信号，然后提取中频信号的正交分量信息；步骤6：对正交分量信息进行相关峰值检测，得到相邻两次的相关峰值时间间隔，利用时基波束扫描法求解时间间隔，最后得到飞机相对于跑道中心线的方位角度信息。进一步地，在步骤1中，量子纠缠微波生成器由约瑟夫森参量放大器和180°混合环串联组成，在泵浦信号的驱动下产生两路量子纠缠微波信号，将其作为测角发射信号，泵浦信号的频率为11.274GHz，量子纠缠微波信号为中心频率5.637GHz的窄带信号，带宽在10MHz数量级。进一步地，在步骤5中振荡器产生的信号频率为5.626GHz，中频信号频率为11MHz。进一步地，在步骤6中先对正交分量进行关联检测，得到相邻两次接收相关峰值的时间间隔t，再利用公式式中：θ——目标角度(°)V——关联基线的扫描速度(°/s)T0——关联基线扫过跑道中心线的往返时间差(s)求解目标角度信息。进一步地，该导航测角方法可应用于飞机的着陆阶段，给出飞机相对于跑道中心线的方位角信息，引导飞机沿指定航线安全着陆。本专利技术还提供一种基于量子纠缠微波的导航测角装置，包括发射部分、接收部分，其中，发射部分位于地面，由纠缠微波生成器、一号延时器、二号延时器、一号水平极化天线、一号垂直极化天线组成；其中，纠缠微波生成器用于产生A、B两路量子纠缠微波信号，两路量子纠缠微波信号分别送入到一号延时器和二号延时器中进行处理；一号延时器与A路信号连接，用于对A路纠缠微波信号进行延时发射处理并输出至一号水平极化天线；二号延时器与B路信号连接，用于对B路纠缠微波信号进行延时发射处理并输出至一号垂直极化天线；一号水平极化天线与一号延时器连接，用于向空间发射A路纠缠微波测角信号；一号垂直极化天线与二号延时器连接，用于向空间发射B路纠缠微波测角信号；接收部分位于飞机上，由二号水平极化天线、二号垂直极化天线、一号放大器、二号放大器、振荡器、一号IQ正交支路检测器、二号IQ正交支路检测器、数据处理器、显示器组成；其中，二号水平极化天线用于接收A路纠缠微波测角信号并输出至一号放大器；二号垂直极化天线用于接收B路纠缠微波测角信号并输出至二号放大器；一号放大器与二号水平极化天线连接，用于放大接收到的A路信号并输出至一号IQ正交支路检测器；二号放大器与二号垂直极化天线连接，用于放大接收到的B路信号并输出至二号IQ正交支路检测器；振荡器产生的信号输出至一号IQ正交支路检测器和二号IQ正交支路检测器；一号IQ正交支路检测器与一号放大器和振荡器连接，先将A路信号转换成中频信号，然后提取该中频信号的正交分量IA,QA，并输出至数据处理器；二号IQ正交支路检测器与二号放大器和振荡器连接，先将B路信号转换成中频信号，然后提取该中频信号的正交分量IB,QB，并输出至数据处理器；数据处理器并行接收一号IQ正交支路检测器、二号IQ正交支路检测器输出的正交分量IA,QA、IB,QB，然后对正交分量进行相关峰值检测，并输出测角结果至显示器；显示器显示数据处理器得到的角度信息。进一步地，一号水平极化天线、一号垂直极化天线、二号水平极化天线、二号垂直极化天线为带宽100MHz的喇叭天线。进一步地，一号放大器、二号放大器为基于约瑟夫森结的相位不敏感式参量放大器。数据处理器为FPGA可编程逻辑器件，对正交分量的采样速率为150MHz。本专利技术利用量子纠缠微波作为测角信号，信号本身具备量子不可克隆的性质，安全性能大大提高，量子纠缠微波信号具有时空关联、集束到达、扩频增益大的优点，能够克服各种噪声带来的不利影响以及传统测角中难以避免的多径干扰，提高了弱信号检测能力，在复杂电磁环境下具有重要意义。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作详细说明。附图说明图1为两路量子纠缠微波信号的关联特性图；图2为AB连线的中垂线标定方法示意图；图3为任意路线标定方法示意图；图4为关联基线往返扫描引导飞机安全着陆示意图；图5为时基波束扫描法测角原理图；图6为导航测角方法流程图；图7为导航测角装置组成框图。附图标记说明：导航测角装置发射部分10，纠缠微波生成器101，一号延本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于量子纠缠微波的导航测角方法，包括：步骤1：利用量子纠缠微波生成器产生两路量子纠缠微波信号；步骤2：改变两路量子纠缠微波信号的延时，使两路量子纠缠微波信号波束相关联位置在空间形成偏移；步骤3：将一路量子纠缠微波信号送入水平极化天线，将另一路量子纠缠微波信号送入垂直极化天线，两天线之间的连线垂直于机场跑道中心线，两天线与机场跑道中心线等距且位于跑道平面的平行面上，两天线向飞机着陆端方向发射量子纠缠微波信号；步骤4：飞机上采用水平极化天线和垂直极化天线分别接收两路量子纠缠微波信号并进行无噪声放大；步骤5：将放大后的量子纠缠微波信号送入正交支路检测器中与振荡器产生的信号相混合生成中频信号，然后提取中频信号的正交分量信息；步骤6：对正交分量信息进行相关峰值检测，得到相邻两次的相关峰值时间间隔，利用时基波束扫描法求解时间间隔，最后得到飞机相对于跑道中心线的方位角度信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于量子纠缠微波的导航测角方法，包括：步骤1：利用量子纠缠微波生成器产生两路量子纠缠微波信号；步骤2：改变两路量子纠缠微波信号的延时，使两路量子纠缠微波信号波束相关联位置在空间形成偏移；步骤3：将一路量子纠缠微波信号送入水平极化天线，将另一路量子纠缠微波信号送入垂直极化天线，两天线之间的连线垂直于机场跑道中心线，两天线与机场跑道中心线等距且位于跑道平面的平行面上，两天线向飞机着陆端方向发射量子纠缠微波信号；步骤4：飞机上采用水平极化天线和垂直极化天线分别接收两路量子纠缠微波信号并进行无噪声放大；步骤5：将放大后的量子纠缠微波信号送入正交支路检测器中与振荡器产生的信号相混合生成中频信号，然后提取中频信号的正交分量信息；步骤6：对正交分量信息进行相关峰值检测，得到相邻两次的相关峰值时间间隔，利用时基波束扫描法求解时间间隔，最后得到飞机相对于跑道中心线的方位角度信息。2.如权利要求1所述的一种基于量子纠缠微波的导航测角方法，其特征在于：在步骤1中，量子纠缠微波生成器由约瑟夫森参量放大器和180°混合环串联组成，量子纠缠微波生成器在泵浦信号的驱动下产生两路量子纠缠微波信号，泵浦信号的频率为11.274GHz，纠缠微波信号为中心频率5.637GHz的窄带信号，带宽在10MHz数量级。3.如权利要求1所述的一种基于量子纠缠微波的导航测角方法，其特征在于：在步骤5中振荡器产生的信号的频率为5.626GHz，中频信号频率为11MHz。4.如权利要求1所述的一种基于量子纠缠微波的导航测角方法，其特征在于：在步骤6中先对正交分量进行关联检测，得到相邻两次接收相关峰值的时间间隔t，再利用公式式中：θ——目标角度(°)V——关联基线的扫描速度(°/s)T0——关联基线扫过跑道中心线的往返时间差(s)求解目标角度信息。5.如权利要求1至4中任意一个权利要求所述的一种基于量子纠缠微波的导航测角方法，其特征在于：该导航测角方法可应用于飞机的着陆阶段，给出飞机相对于跑道中心线的方位角信息，引导飞机沿指定航线安全着陆。6.一种基于量子纠缠微波的导航测角装置，包括发射部分(10)、接收部分(20)，其特征在于：发射部分(10)位于地面，由纠缠微波生成器(101)、一号延时器(102)、二号延时器(103)、一号水平极化天线(104)、一号垂直极化天线(105)组成；其中，纠缠微波生成器(101)用于产生A、B两路量子纠缠微波信号，两路量子纠缠微波信号信号分别送入到一号延时器(102)和二号延时器(103)中进行处理；一号延时器(102)与A路信号连接，用于对A路纠缠微波信号进行延时发射处理并...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴德伟，李响，苗强，杨春燕，何晶，卢虎，韩昆，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61