基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统，该系统减少了所需量子卫星的数量，降低了成本；同时由于地面站的存在，使得量子卫星发射的量子纠缠光子在两条量子通信链路都经过大气层，受到大气层对量子纠缠光的传输速度与路径的影响，可以部分抵消大气干扰误差，削弱大气层对两条量子通信链路上光子的传输路程差的影响，提升测距与定位的精度。

Satellite based quantum ranging and positioning system based on three quantum satellites and a ground station

The invention discloses a satellite-based quantum ranging and positioning system based on three quantum satellites and a ground station. The system reduces the number of quantum satellites needed and reduces the cost. At the same time, the quantum entangled photons emitted by the quantum satellites pass through the atmosphere in both quantum communication links because of the existence of the ground station. The influence of the atmosphere on the propagation speed and path of quantum entangled light can partly offset the atmospheric interference error, weaken the atmospheric effect on the path difference of photons on the two quantum communication links, and improve the accuracy of ranging and positioning.

【技术实现步骤摘要】
基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统
本专利技术涉及卫星导航定位
，尤其涉及一种基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统。
技术介绍
全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)是通过测量至少4颗已知位置的卫星发送自身星历信号与用户接收机接收到该信号之间的时间差，计算出每颗卫星与用户之间的距离，联立四个方程解算出用户的空间三维坐标,实现对用户的定位。不过传统的基于电磁波信号的GPS定位系统及其定位技术是在牛顿力学和洛伦兹-麦克斯韦方程组以及香农信息论的经典理论基础上建立起来的，它的定位精度受到电磁波脉冲的带宽和发射功率的影响，带宽和发射功率越大，定位精度越高，然而随着电磁波脉冲带宽和发射功率的增大，对设备的越来越高，同时也会对其他设备造成干扰，增加定位误差，所以传统的定位系统精度存在着无法逾越的极限。麻省理工学院(MassachusettsInstituteofTechnology,MIT)的Giovannetti团队2001年首次提出了基于量子关联定位的QPS(QuantumPositioningSystem,QPS)概念，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统，其特征在于，包括：三颗量子卫星、一个地面站以及用户侧设备；三颗量子卫星具有相同结构，且均采用相同的方式与地面站及用户侧设备进行通信；每一量子卫星中均包括：纠缠光子源、极化分束器、第一ATP装置与第二ATP装置、第一单光子探测器与第二单光子探测器以及双通道数据采集器；其中：所述第一ATP装置、第二ATP装置分别对应与地面站、用户侧设备内的ATP装置通信，建立星地间两条量子通信链路；极化分束器将纠缠光子源产生的量子纠缠光子对分为两束后对应的传输给第一ATP装置与第二ATP装置，并由第一ATP装置、第二ATP装置通过相应的量子通信链路对应的...

【技术特征摘要】
1.一种基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统，其特征在于，包括：三颗量子卫星、一个地面站以及用户侧设备；三颗量子卫星具有相同结构，且均采用相同的方式与地面站及用户侧设备进行通信；每一量子卫星中均包括：纠缠光子源、极化分束器、第一ATP装置与第二ATP装置、第一单光子探测器与第二单光子探测器以及双通道数据采集器；其中：所述第一ATP装置、第二ATP装置分别对应与地面站、用户侧设备内的ATP装置通信，建立星地间两条量子通信链路；极化分束器将纠缠光子源产生的量子纠缠光子对分为两束后对应的传输给第一ATP装置与第二ATP装置，并由第一ATP装置、第二ATP装置通过相应的量子通信链路对应的传输给地面站、用户侧设备内的ATP装置；第一单光子探测器、第二单光子探测器分别对应的连接第一ATP装置、第二ATP装置，探测沿量子通信链路反射回的量子纠缠光，两个单光子探测器均输出由探测到的单光子产生的数字脉冲信号至双通道数据采集器；用户侧设备通过量子通信链路接收每一颗量子卫星内双通道数据采集器输出的两路数字脉冲信号，并通过后处理实现测距与定位。2.根据权利要求1所述的一种基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统，其特征在于，包括：量子卫星中的第一ATP装置与第二ATP装置内均设有信标光源；利用信标光分别在量子卫星与地面站，以及量子卫星与用户侧设备之间建立星地量子通信链路；之后，量子纠缠光沿着量子通信链路进行发射与接收；地面站和用户侧设备内的ATP装置均包括一个角锥反射镜，用于将发射来的量子纠缠光原路反射回量子卫星。3.根据权利要求1所述的一种基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统，其特征在于，所述用户侧设备中设有用户解算装置，用于结合接收到的三个量子卫星输出的数字脉冲信号实现测距与定位；所述用户解算装置包括：量子通信接收器、符合解算模块和距离与空间位置坐标计算模块，其中：所述量子通信接收器，通过量子通信链路接收每一量子卫星发送来的量子卫星空间位置信息、地面站空间位置信息，以及记录单光子到达时间信息的两路数字脉冲信号；所述符合解算模块，将记录单光子到达时间信息的两路数字脉冲信号作为输入，解算出两路量子纠缠光分别在量子卫星与地面站之间，以及量子卫星与用户侧设备之间的两条量子通信链路上传输的到达时间差；所述距离与空间位置坐标计算模块，利用符合解算模块解算出的到达时间差，根据到达时间差和光速的乘积等于量子卫星与地面站以及量子卫星与用户侧设备之间距离差的两倍关系，分别建立三颗量子卫星与用户侧设备之间的距离方程，计算出三颗量子卫星分别与用户侧设备的距离，再利用距离和坐标之间的关系，计算出用户侧设备的空间位置坐标，完成对地面用户的定位。4.根据权利要求3所述的一种基于三颗量...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛爽，陈鼎，吴文燊，尚伟伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，北京卫星信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34