基于连续变量的量子雷达及其处理方法技术

本发明专利技术所提供了一种基于连续变量的量子雷达的处理方法，包括以下步骤S1生成光脉冲信号；S2将光脉冲信号的信号光进行基于连续变量的编码调制，并记录信号光的量子态；S3含有编码后信号光的光脉冲信号作为量子雷达的探测信号。S4对经物体反射后的回波信号进行分束，形成第一回波信号和第二回波信号，第一回波信号通过监测装置进行测量和比对，第二回波信号通过成像装置进行成像处理；S5根据测量比对结果判断探测信号是否受到干扰。本发明专利技术克服了光脉冲经实际物体反射后偏振变化的问题。本发明专利技术使用通用器件，经济实用。本发明专利技术能实时知晓雷达脉冲是否被目标截获并相应发送错误信号而使探测受到干扰。

Quantum radar based on continuous variable and its processing method

The invention provides a processing method of continuous variable quantum radar based on S1, which comprises the following steps of generating an optical pulse signal; S2 optical pulse signal light encoding modulation based on continuous variable quantum state, and recording the signal light; the light pulse signal contains S3 encoding signal as the detection signal after quantum radar. S4 on the object echo signal after the reflection beam splitter, forming the first echo signal and the second signal, the first signal is measured and compared by monitoring device, second echo signal imaging by imaging device; S5 according to the measured result judgment detection signal is interfered. The invention overcomes the problem of the polarization change of the optical pulse after the reflection of the actual object. The invention uses a universal device and is economical and practical. The invention can know whether the radar pulse is intercepted by the target in real time and send an erroneous signal accordingly to make the detection disturbed.

【技术实现步骤摘要】
基于连续变量的量子雷达及其处理方法
本专利技术属于一种量子探测及量子信息领域，尤其涉及基于连续变量的量子雷达及其处理方法。
技术介绍
随着量子信息理论和相应实验技术的发展，利用量子密钥分发机制来解决经典通信领域存在的安全问题正在日益变成现实，这将从根本上解决通信安全问题。量子信息理论的发展绝不仅仅有利于通信领域，越来越多的其他领域可以通过借鉴其原理和方法来解决该领域自身存在的安全问题，这使得量子信息的外延在不断地拓展。在军事领域，量子雷达的概念在最近几年得到广泛的关注。现有量子雷达的发展趋势主要有以下两个：1.通过巧妙借用量子密钥分发机制，来解决雷达受到干扰的问题。这里主要指现有雷达最难以处理的有源干扰问题：雷达的探测信号被目标物体或第三方截获同时目标物体或者第三方发射和探测信号相同波形的干扰信号（从经典物理的角度看，这两种信号是无法区分的），促使雷达对目标判断错误，无法得到目标真实信息。2.利用量子探测的相关技术，借助非经典光（例如压缩光）或者借助于量子纠缠来明显提升雷达的分辨率，可以将雷达的分辨率由经典极限提升到量子极限（海森堡极限）。由此可以上述两个不同方向的量子雷达分别称为第一类量子雷达和第二类量子雷达。关于第一类雷达，最早的理论方案和实验验证由MehulMalik等人于2012年提出和完成，并以Quantum-securedimaging为题发表在AppliedPhysicsLetters杂志上。下面就简单介绍上述文献中提供的第一类量子雷达的方法。方案的具体步骤如下（参照图1）：1、氦氖激光器发出的激光先经过声光调制器（AOM）的调制从而形成一系列平均光子数为1的脉冲。2、脉冲经过一个放置在电动旋转平台上的半波片(HWPa)，从而将脉冲的偏振随机极化到以下四种情况：水平偏振（H），垂直偏振(V)，对角偏振(D)和反对角偏振(A)。此即量子密钥分发中的编码。3、将编码完成的光脉冲对准目标物体发射。4、利用干涉滤光片(IF)将反射光脉冲中源于环境的背景噪声干扰滤掉。5、利用半波片（HWPb）和偏振分束器(PBS)构成一个偏振测量装置对收到的光脉冲进行测量。当半波片和垂直偏振方向平行时，测量光脉冲处于水平偏振态还是垂直偏振态。而当半波片和垂直偏振方向成22.5°夹角时，测量光脉冲处于对角还是反对角偏振态。6、在偏振分束器的两侧放置两个镜头，分别用于不同偏振光脉冲的成像。最后利用电子倍增CCD(EMCCD)成像。该量子雷达系统的方案脱胎于量子密钥分发中的BB84协议。当反射光子的偏振和入射时相比出现超过25%的错误率的时候，即可判定目标在干扰探测，此时对应探测光被完全截获并且返回的信号全部为干扰信号。在上述技术文章中，研究者本身并未直接提出该方案为量子雷达，同时在验证实验中采用的目标物体是镜子。从上面
技术介绍
的介绍可以清晰的看到现有的技术方案运用的是弱脉冲光源（平均光子数为1），偏振编码且编码通过电动装置进行，需要非常精细的成像装置。这就使得现有技术方案在以下方面存在问题：1、已有研究表明，光的偏振经由物体（非镜面）散射后会发生明显变化，这就表明原有方案存在根本问题。在未有任何干扰的情况下，就会监测到回波脉冲的偏振有明显的错误率。因此在探测实际物体时，利用该方案来判别回波信号是否被干扰从原理上并不可行。2采用平均光子数为1的弱脉冲作为探测信号，由于自由空间种存在各种环境因素使光子散射较为明显，因此该方案的探测距离将极为有限。3、其采用电动机械装置编码，编码速率将会很低。同时电动机械装置长期使用的可靠性也成问题。4、由于采用弱脉冲，那么相应的回波信号也会更弱，需要非常精细的成像装置。这增加了成本，降低了装置的可靠性。基于上述问题，在本专利技术中提出一种基于连续变量的量子雷达新方案，从而解决现有方案中所存在的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于连续变量的量子雷达的处理方法。能在雷达探测时，实时知晓雷达脉冲是否被目标物体或第三方截获并相应发送错误信号而使探测受到干扰。为此，本专利技术提供以下技术方案：S1.生成光脉冲信号，所述光脉冲信号包括本振光、信号光，或者包括本振光、信号光及参考光；S2.将光脉冲信号的信号光进行基于连续变量的编码调制，记录信号光的量子态；所述编码方法包括离散编码调制或高斯编码调制，所述连续变量是连续变化的物理量；S3.含有编码后信号光的光脉冲信号作为量子雷达的探测信号。；S4.对经物体反射后的回波信号进行分束，形成第一回波信号和第二回波信号，第一回波信号通过监测装置进行测量和比对，第二回波信号通过成像装置进行成像处理；S5.根据测量比对结果判断探测信号是否受到干扰。进一步的，步骤S1中，信号光、本振光及参考光均由同一个脉冲生成装置生成，或者，一个脉冲生成装置生成信号光及参考光，另一个脉冲生成装置生成本振光。所述本振光用于辅助测量，直接进入监测装置。进一步的，步骤S2中，离散编码调制方法如下：在量子随机数发生器控制下，对信号光的相位进行调制，使其随机编码到和本振光相位相差0或π的两个离散量子态。进一步的，步骤S2中，高斯编码调制方法如下：利用两个量子随机数发生器生成两组满足如下高斯分布的随机数，均值为0，方差为VAN0，根据两组随机数的值调制信号光量子态中的x和p。最后调节信号光强度，使其方差与所述高斯分布一致。进一步的，步骤S3中，所述探测信号包括信号光和本振光时，步骤S1中只需生成这两中光。进一步的，步骤S3中，考虑将本振光保留在本地，即所述探测信号不包括本振光时，步骤S1中在生成信号光和本振光的同时，还需生成参考光。此时参考光和信号光合成为探测信号，而本振光保留在本地且直接进入监测模块辅助测量。进一步的，步骤S5中，通过比对第一回波信号中信号光的量子态和探测信号中信号光的量子态，判定探测信号是否被干扰。进一步的，若探测信号包括参考光，则所述第一回波信号中参考光的测量值用于修正第一回波信号中信号光的测量值。本专利技术还包括一种基于连续变量的量子雷达，具体如下：所述探测信号发生装置包括脉冲生成装置、基于连续变量编码的编码装置，所述回波信号处理装置包括监测装置及成像装置,所述量子雷达还包括分束装置，所述分束装置包括第一分束器、第二分束器、第一偏振分束器、第一光纤延时线及第二光纤延时线；所述脉冲生成装置及编码装置之间光路连接，所述脉冲生成装置用于生成光脉冲信号，所述光脉冲信号通过第一分束器分成本振光及信号光，所述编码装置用于对信号光进行编码，编码后信号光与本振光通过第一偏振分束器合为量子雷达的探测信号；本振光用于辅助测量。所述探测信号经物体反射后的回波信号通过第二分束器进行分束，分束后形成第一回波信号及第二回波信号，所述监测装置与分束器光路连接并接收第一回波信号，所述成像装置与分束器光路连接并接收第二回波信号；所述第一光纤延时线用于使探测信号中的本振光和信号光偏离同步；所述第二光纤延时线用于使第一回波信号中的本振光和信号光同步，再进入监测装置。即，若所述第一光纤延时线用于延迟第一分束器分成的本振光，则对应的所述第二光纤延时线用于延迟第二回波信号中的信号光，反之若第一光纤延时线用于延迟第一分束器分成的信号光，则对应的所述第二光纤延时线用于延迟第二回波信号中的本振光；因此探本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于连续变量的量子雷达的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.生成光脉冲信号；S2.将光脉冲信号的信号光进行基于连续变量的编码调制，并记录编码后信号光的量子态；S3.含有编码后信号光的光脉冲信号作为量子雷达的探测信号；S4.对经物体反射后的回波信号进行分束，形成第一回波信号和第二回波信号，第一回波信号通过监测装置进行测量和比对，第二回波信号通过成像装置进行成像处理；S5.根据测量比对结果判断探测信号是否受到干扰。

【技术特征摘要】
1.基于连续变量的量子雷达的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.生成光脉冲信号；S2.将光脉冲信号的信号光进行基于连续变量的编码调制，并记录编码后信号光的量子态；S3.含有编码后信号光的光脉冲信号作为量子雷达的探测信号；S4.对经物体反射后的回波信号进行分束，形成第一回波信号和第二回波信号，第一回波信号通过监测装置进行测量和比对，第二回波信号通过成像装置进行成像处理；S5.根据测量比对结果判断探测信号是否受到干扰。2.如权利要求1基于连续变量的量子雷达的处理方法，其特征在于，步骤S2中，编码调制为离散编码调制：在量子随机数发生器控制下，对信号光的相位进行调制，使其随机编码到和本振光相位相差0或π的两个离散量子态。3.如权利要求1基于连续变量的量子雷达的处理方法，其特征在于，步骤S2中，编码调制为高斯编码调制：利用两个量子随机数发生器生成两组满足如下高斯分布的随机数，均值为0，方差为VAN0，根据两组随机数的值调制信号光量子态中的x和p，最后调节信号光强度，使其方差与所述高斯分布一致。4.如权利要求1基于连续变量的量子雷达的处理方法，其特征在于，通过比对第一回波信号中信号光的量子态和探测信号中信号光的量子态，判定探测信号是否被干扰。5.如权利要求1、2、3或4基于连续变量的量子雷达的处理方法，其特征在于，若探测信号包括参考光，则所述第一回波信号中参考光的测量值用于修正第一回波信号中信号光的测量值。6.基于连续变量的量子雷达，其特征在于，包括探测信号发生装置及回波信号处理装置，所述探测信号发生装置包括脉冲生成装置、基于连续变量编码的编码装置，所述回波信号处理装置包括监测装置及成像装置,所述量子雷达还包括分束装置、第一光纤延时线及第二光纤延时线，所述分束装置包括第一分束器、第二分束器、第一偏振分束器；所述脉冲生成装置及编码装置之间光路连接，所述脉冲生成装置用于生成光脉冲信号，所述光脉冲信号通过第一分束器分成本振光及信号光，所述编码装置用于对信号光进行编码，编码后信号光与本振光通过第一偏振分束器合为量子雷达的探测信号；所述本振光用于辅助测量；所述探测信号经物体反射后的回波信号通过第二分束器进行分束，分束后形成第一回波信号及第二回波信号，所述监测装置与分束器光路连接并接收第一回波信号，所述成像装置与分束器光路连接并接收第二回波信号；所述第一光纤延时线使本振光和信号光偏离同步；所述第二光纤延时线使第一回波信号中本振光和信号光重新同步，再进入监测装置；所述监测装置还用于记录第一回波信号以及探测信号中信号光的量子态，并将两者进行比对，判定探测信号是否被干扰。7.如权利要求6所述的基于连续变量的量子雷达，其特征在于，所述监测装置包括第二偏振分束器、平衡零差测量装置/外差测量装置、第二光纤延时线及数据处理装置，当为平衡零差测量装置时，还包括第二相位调制器及量子随机数发生器；所述平衡零差测量装置/外差测量装置用于测量第一回波信号中信号光的量子态；所述数据处理装置用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：富尧，朱伟，
申请(专利权)人：浙江神州量子网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33