【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光雷达领域，特别涉及一种时间相位编码量子安全测距雷达装置及测距方法。
技术介绍
1、量子信息技术具有极强的抗干扰、高分辨等特性，将量子信息技术应用与雷达探测领域，可以大大提高的雷达探测隐蔽性和分辨率，具有极高的应用价值。由于量子态具有不可克隆、测量塌缩等特性，通过对光子进行编解码并检测误码率来进行实时监测，从而可以有效识破干扰机的截获重发攻击，大大提高探测的安全性和可靠性。m. malik等人于2012年提出（malik m, et al, quantum-secured imaging. applied physics letters,2012, 101(24): 241103.）量子安全成像的概念，将探测目标的光子进行偏振编解码，通过监测误码率可以判断目标是否存在干扰欺骗。然而，该方案存在诸多问题，如光子在自由空间中传输时偏振态会受到大气扰动的影响，且在目标物体表面散射时会发生明显变化，使得无干扰时仍会得到较高的误码率，进而使得虚警率过高，实用性较低。另外，由于该方案偏振编码采用电动机械装置，编码速率较低，且可靠性及长期稳定性较低。2015年wangqiang等人基于该方案提出一种采用伪随机调制的量子安全雷达方案（wang qiang, etal, pseudorandom modulation quantum secured lidar. optik, 2015, 126,33444-3348），通过对脉冲位置进行随机编码，并对光子偏振态进行随机调制和解调可以实现安全的测距。该方案能够提高信号的调制频率，然
技术实现思路
1、为解决偏振态不稳定、偏振编码和解码装置复杂、测距分辨率低的技术问题，本专利技术提出了一种时间相位编码量子安全测距雷达装置及测距方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一方面，本专利技术提供了一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，所述装置包括：
4、主激光器，用于产生周期为t的光脉冲；
5、不等臂干涉仪模块，用于将光脉冲分束成具有时间差的两个子脉冲，以及用于使第二回波分量进行干涉，产生干涉光信号并送入第二单光子探测器；
6、第一环形器，用于将所述两个子脉冲传输至从激光器，以及用于将从激光器随机输出的编码态传输至衰减器；
7、从激光器，用于在驱动信号的驱动下经所述两个子脉冲注入锁定，输出编码态，所述编码态包括z基下的子脉冲处于前一个时间位置的第一时间态和子脉冲处于后一个时间位置的第二时间态，以及x基下的前后两个时间位置均包含子脉冲的相位态；
8、衰减器，用于将所述编码态衰减至预定强度，产生相应的发射量子态；
9、第二环形器，用于将发射量子态传输至望远镜，以及用于将望远镜返回的回波量子态传输至偏振处理及分束模块；
10、望远镜，用于将所述发射量子态扩束后照射目标，以及用于接收经目标反射的回波量子态；
11、偏振处理及分束模块，用于调整回波量子态的偏振态，将其分束成第一回波分量和第二回波分量，并将所述第一回波分量和第二回波分量分别送入第一单光子探测器和不等臂干涉仪模块；
12、第一单光子探测器和第二单光子探测器，分别用于探测第一回波分量和干涉光信号。
13、另一方面，本专利技术提供了一种测距方法，由上述一种时间相位编码量子安全测距雷达装置执行如下步骤：
14、步骤s1：主激光器产生的光脉冲经不等臂干涉仪模块分束成两个子脉冲后注入从激光器，随机产生3种时间相位编码发射量子态序列，作为量子安全雷达的探测信号；
15、步骤s2：探测信号照射目标物体，被反射后形成回波量子态，回波量子态经偏振处理及分束模块后产生第一回波分量和第二回波分量；
16、步骤s3：所述第一回波分量进入第一单光子探测器进行探测，并记录第一探测序列d1；所述第二回波分量返回不等臂干涉仪模块进行干涉，产生的干涉光信号进入第二单光子探测器进行探测，并记录第二探测序列d2；
17、步骤s4：将发射量子态序列与第一探测序列d1进行移位互相关运算，当移位互相关运算达到峰值时得到目标距离；
18、步骤s5：根据步骤s4得到的目标距离将发射量子态序列分别与第一回波分量和第二回波分量的探测结果进行匹配，根据第一探测序列d1统计z基误码率，并根据第二探测序列d2统计x基误码率，得到z基和x基的平均误码率，当平均误码率大于误码率阈值时，判断目标存在欺骗干扰。
19、本专利技术的有益效果在于：
20、（1）采用时间相位编码量子态，其中时间态编码在相对时间位置上，因而非常稳定，误码率低；相位态的编解码复用同一个不等臂干涉仪，可以抵消长短臂光程差变化，因而不受环境变化的影响，不存在相位漂移问题，同样具有较低的误码率。另外，通过偏振处理可以消除回波量子态偏振变化对解码的影响。因此，与偏振编码方案相比，具有较高的稳定性和较低的虚警率。
21、（2）采用不等臂干涉仪结合激光器注入锁定的方式进行时间相位态编码，编解码复用同一个干涉仪，且只需调制3种量子态和2个单光子探测器，无需采用强度调制器和相位调制器，大大降低了系统复杂度。
22、（3）无需电光调制器，系统重复频率可提高至1ghz以上，并且采用时间相位编码，探测计数周期为t/2，测距分辨率可提高至r= ct/4=7.5cm。
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1.一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述不等臂干涉仪模块包括第一分束器、第二分束器和第三环形器：
3.根据权利要求1所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述不等臂干涉仪模块包括第一分束器、第二分束器和第三环形器：
4.根据权利要求1所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述第一环形器还包括第四端口，所述不等臂干涉仪模块包括第一分束器、第二分束器和第一环形器的第四端口：
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块包括偏振控制器和第三分束器：
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块包括扰偏器和偏振分束器：
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述不等臂干涉仪模块产生的两个子脉冲时间差为T
8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述从激光器的工作频率为主激光器工作频率的2倍。
9.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述主激光器为电吸收激光器，并且从激光器产生相位态对应的主激光器光强为从激光器产生第一时间态或第二时间态对应的主激光器光强的一半。
10.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述从激光器输出第一时间态和第二时间态的概率均为1/4，输出相位态的概率为1/2。
11.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块的两个输出端口输出的第一回波分量和第二回波分量具有相同的幅度和偏振态。
12.一种安全测距方法，其特征在于，由权利要求1-11任一项所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置执行如下步骤：
13.根据权利要求12所述的一种安全测距方法，其特征在于，所述步骤S5中Z基误码率的统计方法为：
14.根据权利要求12所述的一种安全测距方法，其特征在于，所述步骤S5中X基误码率的统计方法为：
15.根据权利要求12所述的一种安全测距方法，其特征在于，所述步骤S5中误码率阈值为25%。
...【技术特征摘要】
1.一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述不等臂干涉仪模块包括第一分束器、第二分束器和第三环形器：
3.根据权利要求1所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述不等臂干涉仪模块包括第一分束器、第二分束器和第三环形器：
4.根据权利要求1所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述第一环形器还包括第四端口，所述不等臂干涉仪模块包括第一分束器、第二分束器和第一环形器的第四端口：
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块包括偏振控制器和第三分束器：
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块包括扰偏器和偏振分束器：
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述不等臂干涉仪模块产生的两个子脉冲时间差为t/2。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种时间相位编码量子安全测距雷达装置，其特征在于，所述从...
【专利技术属性】
技术研发人员：王东，周良将，汪丙南，李若明，赵娟莹，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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