基于压缩光的量子雷达以及雷达探测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于压缩光的量子雷达以及雷达探测方法，量子雷达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生成信号脉冲，对信号脉冲进行压缩得到压缩真空态光脉冲，再对压缩真空态光脉冲编码后向被探测物发送；所述回波信号处理装置接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像。本发明专利技术可以解决雷达在探测时雷达脉冲被目标，或第三方截获并相应发送错误信号干扰探测的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于压缩光的量子雷达以及雷达探测方法
本专利技术属于量子探测及量子信息领域，尤其涉及一种基于压缩光的量子雷达以及雷达探测方法。
技术介绍
雷达作为一种重要的防御型武器，在第二次世界大战中逐步发展起来。伴随着雷达的发展，相应的雷达对抗技术也在不断地推进。在新一代战机的研制中，隐身性成为一个非常重要的指标。同时随着欺骗干扰、压制干扰等雷达对抗技术的日益成熟，雷达在战场上的工作环境变得非常恶劣。在如今日益信息化的战场对抗中，雷达对抗是电子战的重中之重，大力发展雷达抗干扰、反隐身等技术是当前雷达发展的重要方向。经典雷达基于经典的电磁波理论，而经典电磁波理论自麦克斯韦建立起来已有百年历史。现当代随着量子力学的发展，人们对微观世界的认识被完全颠覆。量子力学的开端源于对黑体辐射的研究，即对电磁波的研究。理论的发展必然会推动技术的变革，新的理论必将会为雷达的发展带来革命性的影响。基于最新的量子信息理论，一种崭新的量子雷达正在全世界范围内受到广泛的关注和研究。量子雷达的前景是非常诱人的，其拥有更好的抗干扰的效果，有更精准的测量能力。因此现有的隐身技术和诱骗技术对于量子雷达将完全没有作用。关于量子雷达，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。该方案的具体步骤如下(结合图1)：1、氦氖激光器(图中的激光光源)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远小于1的弱脉冲。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(图中的成像透镜)，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。从以上面
技术介绍
可以看出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，就会监测到回波信号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。(参见文献：Vallone,Giuseppe,etal."Experimentalsatellitequantumcommunications."Physicalreviewletters115.4(2015):040502.)2采用平均光子数远小于1(一般单个脉冲的平均光子数为0.1)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。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于压缩光的量子雷达，可以解决雷达在探测时雷达脉冲被目标或第三方截获并相应发送错误信号干扰探测的问题。为此，本专利技术提供以下技术方案：一种基于压缩光的量子雷达，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生成信号脉冲，对信号脉冲进行压缩得到压缩真空态光脉冲，再对压缩真空态光脉冲编码后向被探测物发送；所述回波信号处理装置接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像。作为优选，所述回波信号处理装置经本振脉冲辅助对回波信号进行测量，并根据测量结果和发射信号进行比对来检测回波信号的受干扰程度；所述本振脉冲来自探测信号发生装置或回波信号处理装置。本专利技术中，对信号脉冲进行压缩，得到压缩真空态|0，r>(本专利技术中用的是单模压缩态)：理论上压缩真空态即为将单模压缩算符(r为压缩参数且取实数，a和为该模式的产生和湮灭算符)作用到真空态|0>上得到的量子态，|0，r>＝S(r)|0>。在回波信号处理装置中为了对信号脉冲进行测量以及监测，还需结合本振脉冲，本专利技术中提供了两种本振脉冲的生成方式。第一种方式为本振脉冲在探测信号发生装置中生成。所述探测信号发生装置生成信号脉冲以及本振脉冲，并对所述信号脉冲依次进行压缩和编码后连同本振脉冲作为探测信号向被探测物发送。具体的，所述探测信号发生装置包括：脉冲生成装置，用于生成光脉冲；第一分束装置，用于将所述光脉冲分束为信号脉冲以及本振脉冲；压缩编码装置，包括用于对所述信号脉冲依次进行处理的压缩装置和编码装置；所述回波信号处理装置包括：接收来自被探测物反射的回波信号并进行相应处理的成像装置和监测装置。本方式中，探测信号发生装置并不对本振脉冲进行编码，作为优选，其与压缩和编码后的信号脉冲复用并向被探测物体发送。相应的所述压缩装置包括沿光路依次布置的二次谐波生成器、第一滤波片、光参量放大器和第二滤波片；所述编码装置包括：第二分束装置，用于将来自第一分束装置的本振脉冲分为两路，分别为用于向被探测物发送的第一路脉冲，以及用于参与信号脉冲编码的第二路脉冲；量子随机数发生器，用于生成满足高斯分布的量子随机数；振幅调制器，用于依据所述量子随机数对所述第二路脉冲进行基于连续变量的振幅调制；第三分束装置，用于将来自振幅调制器以及压缩装置的两路输出脉冲进行合束；相位调制器，用于对第三分束装置的输出脉冲进行随机相位调制，以完成编码。所述探测信号发生装置还包括：第一延时装置，用于对所述本振脉冲(例如来自第二分束装置的所述第一路脉冲)进行延时处理；第一复用装置，用于将第一延时装置的输出脉冲以及编码装置的输出脉冲进行合束得到所述探测信号。所述第一延时装置包括：第一偏振分束器，用于接收所述本振脉冲；光纤延时线，一端接第一偏振分束器的透射端；法拉第旋转镜，接光纤延时线的另一端，本振脉冲经反射后经由光纤延时线从第一偏振分束器的反射端输出；所述第一复用装置为第二偏振分束器。所述回波信号处理装置还包括依次设置的：相干滤波器，用于接收来自被探测物体的回波信号以及去噪；第四分束装置，用于将去噪后的回波信号分为两路分别进入所述监测装置和成像装置。作为优选，所述回波信号处理装置还包括用于进行相位补偿的动态偏振控制器，所述第四分束装置输出的其中一路经由该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩光的量子雷达，包括探测信号发生装置及回波信号处理装置，其特征在于，所述探测信号发生装置生成信号脉冲，对信号脉冲进行压缩得到压缩真空态光脉冲，再对压缩真空态光脉冲编码后向被探测物发送；所述回波信号处理装置接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像。

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩光的量子雷达，包括探测信号发生装置及回波信号处理装置，其特征在于，所述探测信号发生装置生成信号脉冲，对信号脉冲进行压缩得到压缩真空态光脉冲，再对压缩真空态光脉冲编码后向被探测物发送；所述回波信号处理装置接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像。2.如权利要求1所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述回波信号处理装置经本振脉冲辅助对回波信号进行测量，并根据测量结果和发射信号进行比对来检测回波信号的受干扰程度；所述本振脉冲来自探测信号发生装置或回波信号处理装置。3.如权利要求2所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置生成信号脉冲以及本振脉冲，并对所述信号脉冲依次进行压缩和编码后连同本振脉冲作为探测信号向被探测物发送。4.如权利要求3所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置包括：脉冲生成装置，用于生成光脉冲；第一分束装置，用于将所述光脉冲分束为信号脉冲以及本振脉冲；压缩编码装置，包括用于对所述信号脉冲依次进行处理的压缩装置和编码装置；所述回波信号处理装置包括：接收来自被探测物反射的回波信号并进行相应处理的成像装置和监测装置。5.如权利要求4所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置还包括：第一延时装置，用于对所述本振脉冲进行延时处理；第一复用装置，用于将第一延时装置的输出脉冲以及编码装置的输出脉冲进行合束得到所述探测信号。6.如权利要求4所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述回波信号处理装置还包括依次设置的：相干滤波器，用于接收来自被探测物体的回波信号以及去噪；第四分束装置，用于将去噪后的回波信号分为两路分别进入所述监测装置和成像装置。7.如权利要求4所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述监测装置包括：第三偏振分束器，用于按照偏振方式的不同将输入监测装置的回波信号分为信号脉冲和本振脉冲；第二延时装置，用于将来自第三偏振分束器的信号脉冲进行延时以及偏振调整；外差测量装置，用于接收来自第三偏振分束器的本振脉冲，以及来自第二延时装置的信号脉冲并进行测量；数据处理装置，记录发射信号脉冲的编码情况，同时用于将外差测量装置的测量结果与发射时记录的对应信号脉冲相比，以判断回波信号的受干扰程度。8.如权利要求2所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置生成信号脉冲以及参考脉冲，并对所述信号脉冲依次进行压缩和编码后连同参考脉冲作为探测信号向被探测物发送；所述回波信号处理装置还生成本振脉冲用以辅助对回波信号的测量。9.如权利要求8所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置包括：脉冲生成装置，用于生成光脉冲；第五分束装置，用于将所述光脉冲分束为信号脉冲以及参考脉冲；压缩编码装置，包括用于对所述信号脉冲依次进行处理的压缩装置和编码装置；调制装置，用于对所述参考脉冲进行相位、振幅调制；所述回波信号处理装置包括：成像装置，用于接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像处理；本振脉冲生成装置，用于生成本振脉冲；监测装置，接收来自本振脉冲生成装置的本振脉冲以及来自被探测物反射的回波信号，并进行测量。10.如...

【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