[發明專利]基于星基量子衛星的測距與定位系統

在審

• 申請號: 201910559828.3
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110187349A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 叢爽;段士奇;鄒紫盛;汪海倫;宋媛媛;吳文燊;陳鼎
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01S17/06
• 分類號: G01S17/06;G01S17/08;G01S7/481;G01S5/16
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

1.一種基于星基量子衛星的測距與定位系統，其特征在于，包括：量子衛星與地面用戶端；

每一量子衛星中設有糾纏光子源、反射鏡與雙通道單光子探測器，地面用戶端設有角錐反射鏡，此時為星基測距與定位系統；或者，每一量子衛星中設有角錐反射鏡，地面用戶端設有糾纏光子源、反射鏡與雙通道單光子探測器，此時為地基測距與定位系統；星基測距與定位系統或者地基測距與定位系中，數據處理單元設于量子衛星中或者地面用戶端；

糾纏光子源中的閑置光通過反射鏡進入雙通道單光子探測器的一個通道，糾纏光子源中的信號光通過星地光通信鏈路進入角錐反射鏡，并原路返回，最終進入雙通道單光子探測器的另一個通道；由數據處理單元計算雙通道單光子探測器輸出的兩路數字脈沖信號的達到時間差，從而計算量子衛星與地面用戶端之間的距離，以及地面用戶端的位置；

每一量子衛星以及地面用戶端都設有ATP裝置，用來建立量子衛星與地面用戶端之間的星地光通信鏈路；所述ATP裝置包括：信標光發射器、粗跟蹤模塊、精跟蹤模塊及超前瞄準模塊；量子衛星與地面用戶端的信標光發射器在各自超前瞄準模塊的控制下，相互發射信標光，配合各自的粗跟蹤模塊與精跟蹤模塊實現量子衛星與地面用戶端的對準，從而建立量子衛星與地面用戶端之間的星地光通信鏈路；

所述粗跟蹤模塊包括：光學天線、二維轉臺、準直透鏡、粗跟蹤探測器與粗跟蹤控制器；

假設地面用戶端作為信標光的發射方，量子衛星作為捕獲方；地面用戶端根據星歷表預報軌道計算出量子衛星所在位置，轉動粗跟蹤模塊中的二維轉臺使信標光發射器對星，隨后發射信標光，覆蓋量子衛星所在的不確定區域；量子衛星同樣依據星歷表計算地面用戶端的大致位置，通過二維轉臺調整光學天線的方位角和俯仰角，將粗跟蹤探測器的視軸指向地面用戶端；隨后量子衛星的光學天線將對地面用戶端所在的不確定區域進行掃描，并啟動粗跟蹤控制器調整信標光的掃描模式，通過掃描，地面用戶端發射的信標光進入了量子衛星粗跟蹤探測器視場，完成捕獲過程；量子衛星轉入粗跟蹤階段，實現信標光跟蹤，粗跟蹤過程的跟蹤誤差小于系統給定的誤差指標后，信標光通過準直透鏡進入精跟蹤模塊；粗跟蹤探測器探測信標光光軸的變化，是通過處理入射信標光光束在探測陣面上的光斑位置表征地面端方向，然后粗跟蹤控制器根據光軸變化量即光斑數據采用包括電流環、速度環及位置環的三環比例-微分-積分控制器，驅動二維轉臺電機，完成對光學天線指向的調整，將信標光引入精跟蹤模塊視場中。

2.根據權利要求1所述的一種基于星基量子衛星的測距與定位系統，其特征在于，若為星基測距與定位系統，則每一量子衛星中還設有數據發射模塊，地面用戶端還設有數據接收模塊；如果數據處理單元設于量子衛星中，則數據發射模塊發送數據處理單元的運算結果至數據接收模塊；如果數據處理單元設于地面用戶端中，則數據發射模塊發送雙通道單光子探測器輸出的兩路數字脈沖信號至數據接收模塊，再進入據處理單元進行相關運算；

若為地基測距與定位系統，則地面用戶端還設有數據發射模塊，每一量子衛星中還設有數據接收模塊；如果數據處理單元設于地面用戶端，則數據發射模塊發送數據處理單元的運算結果至數據接收模塊；如果數據處理單元設于量子衛星中，則數據發射模塊發送雙通道單光子探測器輸出的兩路數字脈沖信號至數據接收模塊，再進入據處理單元進行相關運算。