一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统及检测方法，方法包括：得到纠缠双光子信号；将反射信号和参考光束转换为第一电脉冲信号和第二电脉冲信号；对第一电脉冲信号和第二电脉冲信号进行符合计数得到符合计数值；根据第一符合概率计算公式得到第一符合概率；根据所有参考单元的符合计数值得到噪声的均值；根据噪声的均值得到条件概率密度；根据条件概率密度和等效的虚警率得到判决门限值；若结果为符合计数值大于判决门限值，判决结果为存在目标，若结果为符合计数值小于判决门限值，判决结果为没有目标。本发明专利技术利用恒虚警检测技术能够实现纠缠态量子探测系统在不同噪声情况下，根据虚警概率调节判决门限，完成对目标的恒虚警检测。完成对目标的恒虚警检测。完成对目标的恒虚警检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统及检测方法


[0001]本专利技术属于量子探测
，具体涉及一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]量子探测，是将量子力学与信息科学相结合，应用在信息探测领域中的一种新技术。与基于经典电磁波理论的传统探测技术不同，量子探测利用电磁场的量子特性，具有超越传统探测技术，实现高背景噪声下，以微弱信号对微弱目标完成高灵敏度探测的潜力。
[0003]由于纠缠信号具有超越经典信号的强关联特性，能够突破标准量子极限，达到海森堡极限，因此，在量子探测中，基于纠缠态的量子探测技术在理论上更能展现量子优势。并且，基于纠缠态的量子探测技术在光和微波领域都处于快速的发展过程中，同时，由于其从生物科学到安全领域的广泛应用，该项技术也吸引了越来越多的关注。
[0004]恒虚警检测是一种在噪声背景下，对目标进行自适应检测的信号处理技术，其特点是能够针对不断变化的背景噪声使探测系统保持恒定的虚警概率，被广泛应用于目标检测中，尤其在雷达中具有极强的应用价值。
[0005]但是，由于量子探测系统的体制与经典系统不同，且量子信号的形式及数学模型也与经典存在很大差异，现有经典探测系统的恒虚警检测技术无法完全适用于纠缠态量子探测系统中。并且，国内外关于纠缠态量子探测系统恒虚警检测方法的研究还未展开，随着量子探测技术的不断发展和走向应用，对于纠缠态量子探测系统恒虚警检测理论与方法的研究具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统及检测方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测方法，所述量子探测恒虚警检测方法包括：
[0008]步骤1、对滤除杂散光的水平偏振光进行自发参量下转换得到纠缠双光子信号，所述纠缠双光子信号包括信号光束和参考光束，所述信号光束和所述参考光束的偏振方向互相垂直；
[0009]步骤2、将汇聚的所述信号光束入射至目标所产生的目标反射信号转换为第一电脉冲信号，将所述参考光束转换为第二电脉冲信号；
[0010]步骤3、对所述第一电脉冲信号和所述第二电脉冲信号进行符合计数，得到符合计数值；
[0011]步骤4、将时间延迟窗口划分为N个单元，N个单元包括一个检测单元、4个保护单元和(N
‑
5)个参考单元，所述检测单元为符合计数值之和最大的单元，所述保护单元为所述检测单元相邻的单元；
[0012]步骤5、在没有目标、只有噪声的情况下，根据第一符合概率计算公式得到第一符合概率；
[0013]步骤6、对所有所述参考单元的符合计数值做最大似然估计，得到噪声的均值；
[0014]步骤7、基于第一条件概率密度函数，在没有目标、只有噪声的情况下，根据所述噪声的均值得到所述符合计数值的第一条件概率密度；
[0015]步骤8、基于判决门限计算公式，根据所述第一条件概率密度和等效的虚警率得到判决门限值；
[0016]步骤9、对所述检测单元的符合计数值和判决门限值进行比较，得到比较结果；
[0017]步骤10、根据所述比较结果进行判决，若所述比较结果为所述符合计数值大于所述判决门限值，则判决结果为存在目标，若所述比较结果为所述符合计数值小于所述判决门限值，则所述判决结果为没有目标。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤4包括：
[0019]步骤4.1、以所述时间延迟窗口作为一维恒虚警检测的检测轴，将所述时间延迟窗口划分为N个单元，每个所述单元的大小与符合门宽的大小相等；
[0020]步骤4.2、采用滑窗法对所述时间延迟窗口内的符合计数值进行检测，将滑动窗口内符合计数值之和最大的单元作为检测单元，与所述检测单元左右相邻的4个单元作为保护单元，剩余的(N
‑
5)个单元作为参考单元，其中，检测门窗长度等于符合门宽，滑动步长为时间相关单光子计数器的时间分辨率。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述第一符合概率计算公式为：
[0022][0023]其中，γ为单光子探测器的探测效率，ρ
N
为噪声到达率，τ
c
为符合门宽，T
d
为单光子探测器的死时间，P
e
为理论上观测到的光子数与产生的纠缠双光子对数的比值。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所属步骤6包括：
[0025]对所有所述参考单元的符合计数值做最大似然估计，得到所述符合计数值的期望，将所述符合计数值的期望作为所述噪声的均值。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述第一条件概率密度函数为：
[0027][0028]其中，P(x|H0)为第一条件概率密度，x为符合计数值，H0为没有目标、只有噪声的情况，(M
·
P
I,N
)为噪声的均值，M为纠缠光子对的数量，P
I,N
为参考光子和噪声光子的符合概率。
[0029]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤8包括：
[0030]步骤8.1、基于虚警率计算公式，根据恒虚警率得到等效的虚警率；
[0031]步骤8.2、基于判决门限计算公式，根据所述第一条件概率密度和所述等效的虚警率得到判决门限值。
[0032]在本专利技术的一个实施例中，在步骤10之后，还包括：
[0033]步骤11、基于第二条件概率密度函数，在有目标、有噪声的情况下，根据时间相关单光子计数器的第三符合概率得到所述符合计数值的第二条件概率密度，基于检测概率计
算公式，根据所述符合计数值的第二条件概率密度得到检测概率。
[0034]在本专利技术的一个实施例中，在步骤11之后，还包括：
[0035]步骤12、基于漏警概率计算公式，根据所述检测概率得到漏警概率。
[0036]本专利技术一个实施例还提供一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统，上述任一项所述的量子探测恒虚警检测方法利用所述量子探测恒虚警检测系统实现，所述量子探测恒虚警检测系统包括：
[0037]激光器，用于发射激光；
[0038]半波片，用于接收所述激光，调节所述激光的偏振状态，形成水平方向的水平偏振光；
[0039]滤波片，用于接收所述水平偏振光，滤除所述水平偏振光中的杂散光；
[0040]BBO晶体，用于接收滤除所述杂散光的水平偏振光，并对滤除所述杂散光的水平偏振光进行自发参量转换得到纠缠双光子信号，所述纠缠双光子信号包括信号光束和参考光束；
[0041]偏振分束器，用于将所述信号光束和所述参考光束分成两路；
[0042]透镜，用于对所述信号光束进行聚焦，形成汇聚的所述信号光束；
[0043]第一单光子探测器，用于接收汇聚的所述信号光束入射至目标所产生的目标反射信号，并将所述目标反射信号转换为第一电脉冲信号；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所述量子探测恒虚警检测方法包括：步骤1、对滤除杂散光的水平偏振光进行自发参量下转换得到纠缠双光子信号，所述纠缠双光子信号包括信号光束和参考光束，所述信号光束和所述参考光束的偏振方向互相垂直；步骤2、将汇聚的所述信号光束入射至目标所产生的目标反射信号转换为第一电脉冲信号，将所述参考光束转换为第二电脉冲信号；步骤3、对所述第一电脉冲信号和所述第二电脉冲信号进行符合计数，得到符合计数值；步骤4、将时间延迟窗口划分为N个单元，N个单元包括一个检测单元、4个保护单元和(N
‑
5)个参考单元，所述检测单元为符合计数值之和最大的单元，所述保护单元为所述检测单元相邻的单元；步骤5、在没有目标、只有噪声的情况下，根据第一符合概率计算公式得到第一符合概率；步骤6、对所有所述参考单元的符合计数值做最大似然估计，得到噪声的均值；步骤7、基于第一条件概率密度函数，在没有目标、只有噪声的情况下，根据所述噪声的均值得到所述符合计数值的第一条件概率密度；步骤8、基于判决门限计算公式，根据所述第一条件概率密度和等效的虚警率得到判决门限值；步骤9、对所述检测单元的符合计数值和判决门限值进行比较，得到比较结果；步骤10、根据所述比较结果进行判决，若所述比较结果为所述符合计数值大于所述判决门限值，则判决结果为存在目标，若所述比较结果为所述符合计数值小于所述判决门限值，则所述判决结果为没有目标。2.根据权利要求1所述的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤4.1、以所述时间延迟窗口作为一维恒虚警检测的检测轴，将所述时间延迟窗口划分为N个单元，每个所述单元的大小与符合门宽的大小相等；步骤4.2、采用滑窗法对所述时间延迟窗口内的符合计数值进行检测，将滑动窗口内符合计数值之和最大的单元作为检测单元，与所述检测单元左右相邻的4个单元作为保护单元，剩余的(N
‑
5)个单元作为参考单元，其中，检测门窗长度等于符合门宽，滑动步长为时间相关单光子计数器的时间分辨率。3.根据权利要求1所述的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所述第一符合概率计算公式为：其中，γ为单光子探测器的探测效率，ρ
N
为噪声到达率，τ
c
为符合门宽，T
d
为单光子探测器的死时间，P
e
为理论上观测到的光子数与产生的纠缠双光子对数的比值。4.根据权利要求1所述的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所属步骤6包括：对所有所述参考单元的符合计数值做最大似然估计，得到所述符合计数值的期望，将所述符合计数值的期望作为所述噪声的均值。
5.根据权利要求1所述的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所述第一条件概率密度函数为：其中，P(x|H0)为第一条件概率密度，x为符合计数值，H0为没有目标、只有噪声的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，卫容宇，张大命，王炜皓，朱圣棋，张玉洪，廖桂生，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：