基于弱测量技术的自适应时变参量实时估计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于弱测量技术的自适应时变参量实时估计方法及系统，包括如下：S1：搭建时变参量实时估计的量子弱测量光学平台，通过量子弱测量光学平台的光纤分束器产生光源的光强和用于经过弱测量的光强；将用于经过弱测量的光强经过量子弱测量光学平台的参量测量路产生经过弱测量的光强；S2：通过平衡探测器接收经过弱测量的光强和光源的光强，计算当前相位；S3：根据当前相位对参量测量路中的附加相位进行调节；S4：重复步骤S2和S3，进行对时变相位的实时估计；S5：待测量结束，得到时变相位估计结果后，根据实际需要对结果进行数据处理，还原传感信号。本发明专利技术弥补了现有技术探测带宽小、实验结构复杂、实验难度大的不足。实验难度大的不足。实验难度大的不足。

【技术实现步骤摘要】
基于弱测量技术的自适应时变参量实时估计方法及系统


[0001]本专利技术涉及弱测量的
，具体地，涉及一种基于弱测量技术的自适应时变参数实时估计方法及系统。

技术介绍

[0002]在量子传感中，实际上许多感性却的物理量是未知、随机且随时间变化的，对时变参量的高精度、高灵敏度的测量是具有重要意义的。自弱测量技术提出以来，广泛应用在量子精密测量领域，实现了经典手段无法达到的精度和灵敏度，并且对技术噪声具有良好的抑制作用。
[0003]公开号CN108801476A的在中国专利技术专利文献公开了一种测量时变相位信号的光纤型自适应平衡零拍测量系统，其中，系统的第一光纤分束器接收窄线宽连续激光器的输出光，相位型电光调制器和振幅型光纤电光调制器分别接收第一光纤分束器输出的两束光，第一压电陶瓷调制器接收相位型电光调制器的输出光，第二压电陶瓷调制器接收振幅型光纤电光调制器的输出光，第二光纤分束器接收第一压电陶瓷调制器和第二压电陶瓷调制器的输出光，信号转换器接收第二光纤分束器的两束输出光，并转换为电信号相减后输出，信号发生器分别连接振幅型光纤电光调制器和混频器，信号转换器、混频器、滤波器、第一伺服反馈装置和相位型电光调制器依次连接，信号转换器还通过第二伺服反馈装置连接第一压电陶瓷调制器。
[0004]针对上述中的相关技术，专利技术人认为现行基于弱测量方法的时变参量方案，存在着探测带宽小、实验结构复杂、实验难度大的不足，上述缺陷可能对基于弱测量的时变参量估计技术起到了限制。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于弱测量技术的自适应时变参数实时估计方法及系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于弱测量技术的自适应时变参量实时估计方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1：搭建时变参量实时估计的量子弱测量光学平台，通过量子弱测量光学平台的光纤分束器产生光源的光强和用于经过弱测量的光强；将用于经过弱测量的光强经过量子弱测量光学平台的参量测量路产生经过弱测量的光强；
[0008]步骤S2：通过平衡探测器接收经过弱测量的光强和光源的光强，计算当前相位；
[0009]步骤S3：根据当前相位对参量测量路中的附加相位进行调节；
[0010]步骤S4：重复步骤S2和步骤S3，进行对时变相位的实时估计；
[0011]步骤S5：待测量结束，得到时变相位的估计结果后，根据实际需要对估计结果进行数据处理，还原传感信号。
[0012]优选的，所述步骤S1包括如下步骤：
[0013]步骤S1.1：将光源输出的光经过光纤分束器，产生光源的光强和用于经过弱测量的光强；所述光源的光强经过量子弱测量光学平台的光强变化监测路传输到平衡探测器；
[0014]步骤S1.2：将用于经过弱测量的光强在参量测量路的前选择过程调制成前选择态|i＞；
[0015]步骤S1.3：将前选择态经过参量测量路的弱耦合过程，引入外部信号，产生时变的相位参量相互作用表示为：
[0016][0017]其中，i为虚数单位，e为自然常数，为系统的可观测量；
[0018]经过相互作用后，输出光的状态为
[0019]步骤S1.4：在参量测量路增加自适应调节的附加相位，引入的附加相位引入的演化过程表示为：
[0020][0021]其中，表示附加相位(5)；
[0022]步骤S1.5：将参量测量路的后选择态|f>调制为与前选择态在预设正交范围，后选择角为ε，将经过附加相位调节后的光强投影到后选择态。
[0023]优选的，在所述步骤S2中，采用光强作为探测指标进行探测，光强变化监测路监测的光强为I0(t)；参量测量路输出的光强I(t)为
[0024][0025]其中，〈f|为后选择态|f>的共轭转置；在满足弱测量条件时，有
[0026][0027]其中，为弱值，ImA
w
(t)为弱值的虚部；
[0028]由于后选择角为ε，参考相位和ImA
w
(t)均为已知量，根据进行时变参量的估计。
[0029]优选的，在所述步骤S3中，在弱测量中插入附加相位；根据当前相位的估计值与根据实际需求设定最小调节阈值和最大调节阈值进行比较；其中，t
j
为当前时刻，j为序列号；
[0030]判断弱测量系统当前的灵敏度和动态范围，并根据当前的灵敏度和动态范围对附加相位进行调节；
[0031]若则增大若则减小若则进行下一次测量。
[0032]优选的，在所述步骤S1.5中，调制后选择态及设定后选择角；
[0033]当无法确定后选择角大小时，在参量测量路的弱耦合过程中，设定已知的相位参量g，相互作用表示为
[0034][0035]此时，附加相位置0；
[0036]采用光强作为探测指标进行探测，光强变化监测路监测的光强为I0(t)；参量测量路输出的光强为
[0037][0038]在满足弱测量条件时，
[0039]I(t)＝I0(t)sin2[ε](1+2g ImA
w
)；
[0040]其中，为弱值，ImA
w
为弱值的虚部，<f|i>为〈f|和|i>的内积；
[0041]利用已知的相位参量g，确定后选择角ε。
[0042]根据本专利技术提供的一种基于弱测量技术的自适应时变参量实时估计系统，包括如下模块：
[0043]模块M1：搭建时变参量实时估计的量子弱测量光学平台，通过量子弱测量光学平台的光纤分束器产生光源的光强和用于经过弱测量的光强；将用于经过弱测量的光强经过量子弱测量光学平台的参量测量路产生经过弱测量的光强；
[0044]模块M2：通过平衡探测器接收经过弱测量的光强和光源的光强，计算当前相位；
[0045]模块M3：根据当前相位对参量测量路中的附加相位进行调节；
[0046]模块M4：重复模块M2和模块M3，进行对时变相位的实时估计；
[0047]模块M5：待测量结束，得到时变相位的估计结果后，根据实际需要对估计结果进行数据处理，还原传感信号。
[0048]优选的，所述模块M1包括如下模块：
[0049]模块M1.1：将光源输出的光经过光纤分束器，产生光源的光强和用于经过弱测量的光强；所述光源的光强经过量子弱测量光学平台的光强变化监测路传输到平衡探测器；
[0050]模块M1.2：将用于经过弱测量的光强在参量测量路的前选择过程调制成前选择态|i＞；
[0051]模块M1.3：将前选择态经过参量测量路的弱耦合过程，引入外部信号，产生时变的相位参量相互作用表示为：
[0052][0053]其中，i为虚数单位，e为自然常数，为系统的可观测量；
[0054]经过相互作用后，输出光的状态为
[0055]模块M1.4：在参量测量路增加自适本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弱测量技术的自适应时变参量实时估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：搭建时变参量实时估计的量子弱测量光学平台，通过量子弱测量光学平台的光纤分束器(2)产生光源(1)的光强和用于经过弱测量的光强；将用于经过弱测量的光强经过量子弱测量光学平台的参量测量路产生经过弱测量的光强；步骤S2：通过平衡探测器(7)接收经过弱测量的光强和光源(1)的光强，计算当前相位；步骤S3：根据当前相位对参量测量路中的附加相位(5)进行调节；步骤S4：重复步骤S2和步骤S3，进行对时变相位的实时估计；步骤S5：待测量结束，得到时变相位的估计结果后，根据实际需要对估计结果进行数据处理，还原传感信号。2.根据权利要求1所述的基于弱测量技术的自适应时变参量实时估计方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：步骤S1.1：将光源(1)输出的光经过光纤分束器(2)，产生光源(1)的光强和用于经过弱测量的光强；所述光源(1)的光强经过量子弱测量光学平台的光强变化监测路传输到平衡探测器(7)；步骤S1.2：将用于经过弱测量的光强在参量测量路的前选择过程(3)调制成前选择态|i>；步骤S1.3：将前选择态经过参量测量路的弱耦合过程(4)，引入外部信号，产生时变的相位参量相互作用表示为：其中，i为虚数单位，e为自然常数，为系统的可观测量；经过相互作用后，输出光的状态为步骤S1.4：在参量测量路增加自适应调节的附加相位(5)，引入的附加相位(5)引入的演化过程表示为：其中，表示附加相位(5)；步骤S1.5：将参量测量路的后选择态|f＞调制为与前选择态在预设正交范围，后选择角为ε，将经过附加相位(5)调节后的光强投影到后选择态。3.根据权利要求1所述的基于弱测量技术的自适应时变参量实时估计方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用光强作为探测指标进行探测，光强变化监测路监测的光强为I0()；参量测量路输出的光强I(t)为其中，〈f|为后选择态|f＞的共轭转置；在满足弱测量条件时，有其中，为弱值，ImA
w
(t)为弱值的虚部；由于后选择角为ε，参考相位和ImA
w
(t)均为已知量，根据进行时变参量
的估计。4.根据权利要求1所述的基于弱测量技术的自适应时变参量实时估计方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在弱测量中插入附加相位(5)；根据当前相位的估计值与根据实际需求设定最小调节阈值和最大调节阈值进行比较；其中，t
j
为当前时刻，j为序列号；判断弱测量系统当前的灵敏度和动态范围，并根据当前的灵敏度和动态范围对附加相位(5)进行调节；若则增大若则减小若则进行下一次测量。5.根据要求2所述的基于弱测量技术的自适应时变参量实时估计方法，其特征在于，在所述步骤S1.5中，调制后选择态及设定后选择角；当无法确定后选择角大小时，在参量测量路的弱耦合过程(4)中，设定已知的相位参量g，相互作用表示为此时，附加相位(5)置0；采用光强作为探测指标进行探测，光强变化监测路监测的光强为I0()；参量测量路输出的光强为在满足弱测量条件时，I(t)＝I0(t)sin2[ε](1+2g A
w
)；其中，为弱值，ImA
w
为弱值的虚部，<f|i>为〈f|和|i>的内积；利用已知的相位参量g，确定后选择角ε。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪婧，宋琦，史春晖，谭潇睿，黄靖正，曾贵华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：