本发明专利技术提供了一种自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集方法和系统，包括：将进过自由空间信道的脉冲光信号，在接收端通过光电转换器转为电信号；通过功分器将电信号均匀分成两路；使用两路ADC分别对这两路电信号进行采样并将两路信号作为一组数据储存；使用可编程延时模块控制ADC时钟延迟，直至遍历整个脉冲周期；对采样数据进行处理，将每组中的两个数据相除，使用得到的比值恢复出脉冲波形，对该波形进行高斯拟合，得到脉冲峰值位置点；通过调整可编程延时模块至脉冲峰值位置点，使得采样时钟的上升沿和峰值位置点对齐，从而实现精确峰值采样。本发明专利技术具有高精度低成本的优点。本的优点。本的优点。
Data acquisition method and system of free space continuous variable quantum key distribution system
【技术实现步骤摘要】
自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集方法和系统
[0001]本专利技术涉及密钥分发系统的数据采集
，具体地，涉及一种自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集方法和系统。
技术介绍
[0002]随着信息时代的发展，信息传输量在快速增加，伴随而来的是信息技术对信息安全的要求日益增加。占据主导地位的经典密码系统随着计算机算力的增加，被加密系统破译的风险的也在逐步增加，现有的安全体现面临重大挑战。由于量子密钥分发技术能够在物理上保证通信的无条件安全性，吸引了许多研究人员的目光。量子密钥分发技术主要可以分为两类：离散变量量子密钥分发以及连续变量量子密钥分发技术，其中连续变量量子密钥分发多采用光纤传输方案。近年来自由空间连续变量量子密钥分发技术由于其在链路建立方面的灵活性而得到关注。
[0003]专利文献CN112968768A(申请号：CN202110215054.X)公开了一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法，其中发送端内生量子随机数的方法中引入时钟精确延时模块和时域平衡零拍探测器，接收端内生量子随机数的方法中对用于校准散粒噪声基准的数据进行复用，实现了量子随机数的内生，使得连续变量量子密钥分发系统无需专用的量子随机数产生模块，有效降低成本；同时在一定程度上减小密钥分发系统的体积和重量，简化了连续变量量子密钥分发系统的结构，有效提升了系统的适用性。
[0004]在连续变量量子密钥分发系统中，通常使用零差或外差检测器测量编码在具有电子脉冲输出的相干态脉冲的正交X和P上的调制密钥信息。然后采用ADC通过脉冲峰值采样方案获取原始密钥数据。通常，在连续变量量子密钥分发的理论分析中，通常认为用于数据采集的ADC的采样带宽是无限的。然而，对于实际的基于光纤的连续变量量子密钥分发系统，有限采样带宽效应会影响其性能和实际安全性。采样结果的偏差将导致参数估计误差，从而降低密钥速率的下限，抑制关键速率与系统重复率之间的线性提升。因此，精确峰值采样对自由空间连续变量量子密钥分发系统十分重要。
[0005]传统数据采集方案通常采用高采样带宽的ADC来在一个脉冲周期内采集多个点并通过算法筛选出最大值点来找到峰值。但是这种方案所获取的数据精度很依赖于ADC的采样带宽，现有的商用ADC的带宽约GHz水平。这意味着两个采样点间隔在ns量级，所以采用这种方案的误差也会被限制在ns量级，从而影响安全密钥率。
技术实现思路
[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集方法和系统。
[0007]根据本专利技术提供的自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集方法，包括：
[0008]步骤1：将进过自由空间信道的脉冲光信号，在接收端通过光电转换器转为电信号；
[0009]步骤2：通过功分器将电信号均匀分成两路；
[0010]步骤3：使用两路模/数转换器ADC分别对这两路电信号进行采样并将两路信号作为一组数据储存；
[0011]步骤4：使用可编程延时模块控制ADC时钟延迟，返回步骤3继续执行，直至遍历整个脉冲周期；
[0012]步骤5：对采样数据进行处理，首先将每组中的两个数据相除，使用得到的比值恢复出脉冲波形，然后使用高斯拟合的方法拟合该波形，得到脉冲峰值位置点；
[0013]步骤6：通过调整可编程延时模块至脉冲峰值位置点，使得采样时钟的上升沿和峰值位置点对齐，从而实现精确峰值采样。
[0014]优选的，ADC的采样频率与脉冲重复频率一致，且两路ADC的时钟信号与脉冲重复频率成反比，间隔为Δt。
[0015]优选的，调制脉冲的重复频率为fr＝10MHz，占空比为30％，此时每个脉冲的持续时间为100ns，调制信号宽度小于30ns，经过自由空间信道后被接收端接收，若Δt为10ns，则需要ADC采集10组数据。
[0016]优选的，采用可编程延时模块控制两路ADC的采样位置点，使用预设算法处理数据来寻找脉冲峰值位置点，通过可编程延时模块控制时钟延迟，使时钟的上升沿接近峰值点，完成高精确度采样。
[0017]优选的，使用预设数据处理算法判别脉冲峰值位置点，通过还原脉冲波形并对其进行高斯拟合，寻找到脉冲峰值位置点，然后将该信息传递给延时模块，调整时钟延时以采集到峰值。
[0018]根据本专利技术提供的自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集系统，包括：
[0019]模块M1：将进过自由空间信道的脉冲光信号，在接收端通过光电转换器转为电信号；
[0020]模块M2：通过功分器将电信号均匀分成两路；
[0021]模块M3：使用两路模/数转换器ADC分别对这两路电信号进行采样并将两路信号作为一组数据储存；
[0022]模块M4：使用可编程延时模块控制ADC时钟延迟，回调模块M3，直至遍历整个脉冲周期；
[0023]模块M5：对采样数据进行处理，首先将每组中的两个数据相除，使用得到的比值恢复出脉冲波形，然后使用高斯拟合的方法拟合该波形，得到脉冲峰值位置点；
[0024]模块M6：通过调整可编程延时模块至脉冲峰值位置点，使得采样时钟的上升沿和峰值位置点对齐，从而实现精确峰值采样。
[0025]优选的，ADC的采样频率与脉冲重复频率一致，且两路ADC的时钟信号与脉冲重复频率成反比，间隔为Δt。
[0026]优选的，调制脉冲的重复频率为fr＝10MHz，占空比为30％，此时每个脉冲的持续时间为100ns，调制信号宽度小于30ns，经过自由空间信道后被接收端接收，若Δt为10ns，则需要ADC采集10组数据。
[0027]优选的，采用可编程延时模块控制两路ADC的采样位置点，使用预设算法处理数据来寻找脉冲峰值位置点，通过可编程延时模块控制时钟延迟，使时钟的上升沿接近峰值点，
完成高精确度采样。
[0028]优选的，使用预设数据处理算法判别脉冲峰值位置点，通过还原脉冲波形并对其进行高斯拟合，寻找到脉冲峰值位置点，然后将该信息传递给延时模块，调整时钟延时以采集到峰值。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0030](1)本专利技术具有很高的精度，本专利技术采取可编程延时模块结合高斯拟合方法，当调制脉冲的重复频率为10MHz时，等效精度可达100ps，甚至更低，相比于使用高带宽的ADC而言精度高了一个数量级；
[0031](2)本专利技术的时间精度会随着调制脉冲的重复频率提升而提升，过采样方案在调制脉冲的重复频率提升时，精度并不会改变，而本专利技术基于高斯拟合，在同等信噪比条件下，精度与脉冲持续时间成正比，随着调制脉冲的重复频率提升，只受商用可编程延时模块精度限制，而目前商用可编程延时模块精度在ps级别，因此在高脉冲的重复频率的条件下，精度相比于使用高带宽的ADC而言精度高了不止一个数量级；
[0032](3)本专利技术的成本相对较低，商用高带宽的ADC的价格十分昂贵，而高精度的延时模块价格以及低带宽的A本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集方法，其特征在于，包括：步骤1：将进过自由空间信道的脉冲光信号，在接收端通过光电转换器转为电信号；步骤2：通过功分器将电信号均匀分成两路；步骤3：使用两路模/数转换器ADC分别对这两路电信号进行采样并将两路信号作为一组数据储存；步骤4：使用可编程延时模块控制ADC时钟延迟，返回步骤3继续执行，直至遍历整个脉冲周期；步骤5：对采样数据进行处理，首先将每组中的两个数据相除，使用得到的比值恢复出脉冲波形，然后使用高斯拟合的方法拟合该波形，得到脉冲峰值位置点；步骤6：通过调整可编程延时模块至脉冲峰值位置点，使得采样时钟的上升沿和峰值位置点对齐，从而实现精确峰值采样。2.根据权利要求1所述的自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集方法，其特征在于，ADC的采样频率与脉冲重复频率一致，且两路ADC的时钟信号与脉冲重复频率成反比，间隔为Δt。3.根据权利要求2所述的自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集方法，其特征在于，调制脉冲的重复频率为fr＝10MHz，占空比为30％，此时每个脉冲的持续时间为100ns，调制信号宽度小于30ns，经过自由空间信道后被接收端接收，若Δt为10ns，则需要ADC采集10组数据。4.根据权利要求1所述的自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集方法，其特征在于，采用可编程延时模块控制两路ADC的采样位置点，使用预设算法处理数据来寻找脉冲峰值位置点，通过可编程延时模块控制时钟延迟，使时钟的上升沿接近峰值点，完成高精确度采样。5.根据权利要求1所述的自由空间连续变量量子密钥分发系统的数据采集方法，其特征在于，使用预设数据处理算法判别脉冲峰值位置点，通过还原脉冲波形并对其进行高斯拟合，寻找到脉冲峰值位置点，然后将该信息传递给延时模块，调整时钟延时以采集到峰值。6.一种自由空间连...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，魏书荣，周颖明，曾贵华，
申请(专利权)人：上海循态量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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