可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统及控制方法，该系统中：气象监测模块用于获取和监测地面站的实时天气情况，判断天气情况是否适合通信；光学望远镜模块用于接收下行量子密钥分发的信号光和下行激光通信的信号光，发射上行激光通信的信号光；数据处理模块用于对接收到的信号光进行分类处理，对于量子密钥分发的信号光，获取相应的密钥，将待传数据通过此密钥进行国密算法加密并发送至卫星；对于下行激光通信的信号光，找到对应的密钥，利用国密算法解密后获取数据的明文；远程控制模块用于实现系统的远程控制和值守

【技术实现步骤摘要】
可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及量子通信
，尤其涉及一种可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统及控制方法
。

技术介绍

[0002]量子保密通信因其能在物理层实现信息论上的绝对安全性，可以抵御量子攻击，受到广泛的关注
。
根据通信链路不同，量子保密通信可以分为光纤量子保密通信和卫星量子保密通信
。
[0003]由于大气对于量子态的退相干效应比较弱，卫星量子通信链路衰减与距离的平方成正比，在远距离的时候远小于同等距离的光纤链路，因而成为广域量子通信的重要组成部分
。
为了实现完整的量子通信功能，地面需要安装地面站系统，和量子卫星进行对接，完成量子密钥分发和经典激光通信
。
[0004]过往，地面站系统借助于天文台，体积较大，建设成本高，部署周期长
。
在综合考虑防范雨水侵蚀后，地面站需要加上相应防护措施，并且系统较为复杂，需要多人现场协同操作，不便于地面站的大规模部署和应用
。
同时，也会延缓卫星量子保密通信的应用和天地一体化量子互联网的构建
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统及控制方法
。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统，该系统包括：设置在地面站的气象监测模块
、
光学望远镜模块和数据处理模块，以及远程设置的远程控制模块；其中：气象监测模块，用于获取和监测地面站的实时天气情况，判断天气情况是否适合通信；光学望远镜模块，用于接收下行量子密钥分发的信号光和下行激光通信的信号光，发射上行激光通信的信号光；数据处理模块，与气象监测模块
、
光学望远镜模块连接；用于对光学望远镜模块接收到的信号光进行分类处理，对于接收到的量子密钥分发的信号光，按照量子密钥分发协议进行处理，获取相应的密钥，将待传数据通过此密钥进行国密算法加密，通过光学望远镜模块的上行激光通信信道发送至卫星；对于光学望远镜模块接收到的下行激光通信的信号光，找到对应的密钥，利用国密算法解密后获取数据的明文；远程控制模块，与数据处理模块
、
气象监测模块
、
光学望远镜模块远程连接，用于实现系统的远程控制和值守
。
[0007]进一步地，本专利技术的系统还包括光学圆顶，光学望远镜模块和数据处理模块均设
置在光学圆顶内
。
[0008]进一步地，本专利技术的远程控制模块包括光学圆顶控制单元，光学圆顶控制单元通过气象监测模块获取的实时天气情况，判断是否适合进行量子保密通信，若适合，则控制开启光学圆顶进行量子保密通信，并在量子保密通信结束后，关闭光学圆顶；若不适合，则关闭光学圆顶
。
[0009]进一步地，本专利技术的气象监测模块，包括全天云量相机
、
风速测量仪
、
温度计，用于监测地面站的实时天气情况；气象监测模块同时接入互联网，获取互联网上的天气预报情况，结合本地监测的实时天气情况，综合判断是否适合通信
。
[0010]进一步地，本专利技术的光学望远镜模块上安装有和信号光共轴的信标光和跟瞄相机，用于实现光学望远镜模块的跟瞄
。
[0011]进一步地，本专利技术的远程控制模块包括自动跟瞄单元，用于自动读取卫星轨道数据
、
偏振补偿数据，并结合气象监测模块的判断结果，自动开启或取消光学望远镜模块的自动跟瞄；当光学望远镜模块捕捉到卫星后，自动调节跟瞄相机的曝光时间和上行激光通信信号光强度；调节的方法包括：当信号光的光斑大小大于
50
时自动减小曝光时间，直到光斑大小小于
50
为止，光斑大小小于
50
则不用调节曝光时间；当轨道高度小于
25
°
时信号光强度自动调节为
33dB
，大于
25
°
且小于
45
°
时信号光强度自动调节为
30dB, 大于
45
°
时自动调节为
27dB。
[0012]本专利技术提供一种可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统的控制方法，该方法包括以下步骤：步骤
1、
获取地面站的实时天气情况，包括全天云量
、
风速
、
温度
、
湿度，结合互联网上的天气预报情况，判断是否适合进行卫星量子保密通信；若适合通信，则远程控制开启光学圆顶，并控制光学望远镜开启自动跟瞄；若不适合通信，则终止流程；步骤
2、
开启自动跟瞄后，读取卫星轨道数据
、
偏振补偿数据，当跟瞄相机中出现卫星信标光光斑后，自动调节跟瞄相机的曝光时间和信标光强度；步骤
3、
开始卫星量子保密通信，对于接收到的量子密钥分发的信号光，按照量子密钥分发协议进行处理，获取相应的密钥，将待传数据通过此密钥进行国密算法加密，通过光学望远镜模块的上行激光通信信道发送至卫星；对于光学望远镜模块接收到的下行激光通信的信号光，找到对应的密钥，利用国密算法解密后获取数据的明文；步骤
4、
卫星量子保密通信结束后，远程控制关闭光学圆顶
。
[0013]进一步地，本专利技术的所述步骤2，在跟瞄相机中检测是否出现卫星信标光光斑的方法中，还包括：如果卫星轨道高度高于
10
°
，且未在跟瞄相机中检测到卫星信标光光斑，则获取相关云量信息，判断是否有云层遮挡；如果有，则继续等待；如果没有，则继续执行
。
[0014]进一步地，本专利技术的所述步骤3，在进行卫星量子保密通信的过程中，光学望远镜模块的单光子探测器计数持续增加，若单光子探测器在一定时间内无计数增加，则表示天空有肉眼和云量相机均未观测到的薄云，等待一定时间后，若计数增加，则继续通信；若计数仍不增加，则检查通信流程是否出错，并进行故障排查
。
[0015]本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统的控制方法的步
骤
。
[0016]本专利技术产生的有益效果是：
1、
本专利技术通过远程控制模块实现远程值守的方式，提出了可远程值守的星地量子通信系统，而现有的星地量子通信都是采用手动操作，必须有人在现场判断天气，有诸多不便，本专利技术的远程值守解决了该问题
。
[0017]2、
本专利技术的气象监测模块提供了一种更为智能的适用于量子通信的气象条件判断方法，结合本地的实时监测天气数据和互联网的天气数据，综合判断是否符合量子通信的天气要求，无需人在现场判断天气
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统，其特征在于，该系统包括：设置在地面站的气象监测模块
、
光学望远镜模块和数据处理模块，以及远程设置的远程控制模块；其中：气象监测模块，用于获取和监测地面站的实时天气情况，判断天气情况是否适合通信；光学望远镜模块，用于接收下行量子密钥分发的信号光和下行激光通信的信号光，发射上行激光通信的信号光；数据处理模块，与气象监测模块
、
光学望远镜模块连接；用于对光学望远镜模块接收到的信号光进行分类处理，对于接收到的量子密钥分发的信号光，按照量子密钥分发协议进行处理，获取相应的密钥，将待传数据通过此密钥进行国密算法加密，通过光学望远镜模块的上行激光通信信道发送至卫星；对于光学望远镜模块接收到的下行激光通信的信号光，找到对应的密钥，利用国密算法解密后获取数据的明文；远程控制模块，与数据处理模块
、
气象监测模块
、
光学望远镜模块远程连接，用于实现系统的远程控制和值守
。2.
根据权利要求1所述的可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统，其特征在于，该系统还包括光学圆顶，光学望远镜模块和数据处理模块均设置在光学圆顶内
。3.
根据权利要求2所述的可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统，其特征在于，远程控制模块包括光学圆顶控制单元，光学圆顶控制单元通过气象监测模块获取的实时天气情况，判断是否适合进行量子保密通信，若适合，则控制开启光学圆顶进行量子保密通信，并在量子保密通信结束后，关闭光学圆顶；若不适合，则关闭光学圆顶
。4.
根据权利要求1所述的可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统，其特征在于，气象监测模块，包括全天云量相机
、
风速测量仪
、
温度计，用于监测地面站的实时天气情况；气象监测模块同时接入互联网，获取互联网上的天气预报情况，结合本地监测的实时天气情况，综合判断是否适合通信
。5.
根据权利要求1所述的可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统，其特征在于，光学望远镜模块上安装有和信号光共轴的信标光和跟瞄相机，用于实现光学望远镜模块的跟瞄
。6.
根据权利要求5所述的可远程值守的量子保密通信卫星地面站系统，其特征在于，远程控制模块包括自动跟瞄单元，用于自动读取卫星轨道数据
、
偏振补偿数据，并结合气象监测模块的判断结果，自动开启或取消光学望远镜模块的自动跟瞄；当光学望远镜模块捕捉到卫星后，自动调节跟瞄相机的曝光时间和上行激光通信信号光强度；调节的方法包括：当信号光的光斑大小大于
50
时自动减小曝光时间，直到光斑大小小于
50
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玄，任志强，
申请(专利权)人：武汉量子技术研究院，
类型：发明
国别省市：