[發明專利]一種利用量子測距的衛星編隊構型監測方法

有效

• 申請號: 201410704418.0
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104459623A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 許錄平;申洋赫;豐大軍;賀瑞;蔡卓燃;張華;盧曉;張航;李聰;簡約
• 申請（專利權）人: 山東航天電子技術研究所;西安電子科技大學
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16;G01S11/12
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種利用量子測距的衛星編隊構型監測方法，其特征在于，該利用量子測距的衛星編隊構型監測方法包括：

步驟一，第一衛星上攜帶著1型量子測距單元，測量閑散光子由第一衛星出發至第二衛星，再由第二衛星至第三衛星，并原路返回的時間與信號光子由第一衛星出發直接到達第三衛星，并原路返回的時間之間的時間差；

步驟二，第二衛星上攜帶著2型量子測距單元，產生稱為信號光子和閑散光子；兩種光子分別沿不同的方向在外太空中傳播，測量閑散光子由第二衛星出發至第三衛星，再由第三衛星至第一衛星，并原路返回的時間與信號光子由第二衛星出發直接到達第一衛星，并原路返回的時間之間的時間差；

步驟三，第三衛星上攜帶著2型量子測距單元，經過自發參量下轉換過程，產生稱為信號光子和閑散光子；當符合光子數最小時，記錄閑散光子由第三衛星發出至第二衛星，再由第二衛星至第一衛星，并原路返回的時間與信號光子由第三衛星出發直接到達第一衛星，并原路返回的延遲器的時延，得到第一衛星和第二衛星之間的距離，第一衛星和第三衛星之間的距離，第二衛星和第三衛星之間的距離，從而得到編隊衛星構型之間的所有信息。

2.如權利要求1所述的利用量子測距的衛星編隊構型監測方法，其特征在于，步驟一的具體流程如下：

第一步，經過自發參量下轉換過程，第一衛星上的光子源產生兩個傳播路徑共線的糾纏光子對；

信號光子和閑散光子的狀態用如下的方程來描述：

/*MERGEFORMAT(1)

腳標s和i分別表示作為信號光子和閑散光子，ω_p表示泵浦光頻率，Ω＝ω_s-ω_p/2＝ω_p/2-ω_i，系數c依賴于泵浦光的強度和磁化率，F(Ω)是信號光子與閑散光子輻射的頻譜幅度；

第二步，糾纏態光子對經過極化分束器后，分成兩個不同的光路；其中，閑散光子在第一衛星上傳播，經過分束器后，直接被第一探測器錄下到達時間，而信號光子經過發射器進入外太空；第二衛星和第三衛星上均裝載角反射器，信號光子進入外太空后向第二衛星傳播，經第二衛星上的角反射器后，徑直向第三衛星傳播；同理，經第三衛星上裝有的角反射器后，重新向第一衛星傳播，被第一衛星上的光子接收器收集起來，經過光子延遲器和分束器后，從而被光子探測器D1記錄下到達時間；

第三步，第二步中的糾纏光子對除了光路徑不同外，信號光子的路徑中還加入了延遲器的遲延，最后經過第一探測器和第二探測器產生的兩路光電脈沖送入符合計數系統，進行符合光子數的統計；改變延時器時延的大小，觀察光子數的變化，記錄下光子數最小時對應的延遲期時延的大小；符合計數的過程，實質是計算第一探測器D1和第二探測器D2分別在時間t和t+τ探測到光子的聯合概率密度：

P12(τ)=K<E1(-)(t)E2(-)(t+τ)E2(+)(t+τ)E2(+)(t)>;]]>/*MERGEFORMAT(2)

式中和分別是探測器D1和D2處的正場強部分，是探測器性能方面有關的常系數；R是分束器的反射系數，T是其的折射系數，如果R+T＝1，那么對兩路光子到達時間進行符合計數，符合計數率由如下公式表示：

Nc=c[R2+T2-2RT(∫-∞∞g(τ)g(τ-δτ)dτ/∫-∞∞g2(τ)dτ)];---(3)]]>

公式(3)中，R和T分別是分束器的反射系數和折射系數，使用的是50％分束器，其R＝T＝1/2，g(τ)是歸一化的二階相干函數；由公式可知，當δτ＝0時，

N_c＝c(R-T)²；??(4)

由于R＝T＝1/2，因此N_c＝0；由于對兩路光子進行符合計數后的曲線是以δτ為橫軸自變量的，當δτ＝0時，曲線會出現一個最小值；因此，光子符合計數最小值時對應延遲器的延遲時間，即為不同糾纏態光子傳播路徑的時間差；

根據兩路光子的到達時間得到如下的等式：

r₁+r₂+r₃＝cτ₁；??(5)

式中r₁,r₂,r₃分別是第一衛星和第二衛星、第二衛星和第三衛星、第三衛星和第一衛星之間的距離，τ₁由符合計數最小時所對應延遲器的延遲時間得到。