[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

本發明公開了一種基于星基量子衛星的測距與定位系統，其利用糾纏光子對的二階相干特性，可以獲得飛秒級的到達時間差測量精度，對應微米級的測距及其位置精度。本發明對測距定位系統具有高保密性，并能夠進一步提高現有測距與定位的精度，可以用于為地面用戶及近地飛行器進行高精度測距與定位。

技術領域

本發明涉及衛星導航定位技術領域，尤其涉及一種基于星基量子衛星的測距與定位系統。

背景技術

測距是導航定位系統中需要解決的主要問題。隨著科技的進步和人類生產生活的需要，測距精度正在逐漸提高。激光脈沖測距時測量精度與脈沖頻率，脈沖寬度等有關，可達到厘米級別。但是由于激光脈沖的重復頻率有限，使得此方法在測量長度和精度上很難大幅度提高。近年來量子理論逐漸成熟，結合量子技術進行高精度的量子長距離測距勢在必行。

麻省理工學院的Giovannetti團隊2001年首次提出了基于量子關聯定位進行高精度測距的概念，通過使用量子衛星以及采用量子糾纏光信號來代替傳統的電磁波信號，并且在理論上證明了利用雙糾纏光子對實現高精度定位的設想。與傳統電磁波及激光測距相比，基于量子糾纏原理的測距技術采用的信號源是具有量子糾纏特性的糾纏光，它具有相干性好、相位穩定、有方向性和頻率純度高等優點。理論上，量子糾纏光的二階關聯特性在測距與定位技術中的測量精度可超越散粒噪聲極限，接近海森堡測量極限，使得它可以獲得比傳統測距與定位系統更高的精度。基于量子糾纏原理的測距與定位精度取決于脈沖糾纏光的帶寬、光譜、功率以及脈沖中光子的數目，一個脈沖中光子數目增加M倍，其測距與定位精度能夠提高倍。同時，量子力學的測不準原理和不可克隆原理，以及量子態的糾纏特性使得量子糾纏測距與定位有著天然的保密性。

現有的基于電磁波的全球定位導航系統(Global?Positioning?System，GPS)由于受到帶寬限制，其定位精度無法進一步提高；另外，由于采用電磁波進行測距，導致傳統的GPS系統易受到干擾，保密性較差。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于星基量子衛星的測距與定位系統，利用量子糾纏光保密性好、測量精度高的特點，實現量子衛星與地面用戶之間高保密性、高精度的距離測量，從而實現精確測距、導航及定位等相關應用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于星基量子衛星的測距與定位系統，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。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，利用糾纏光子對的二階相干特性，可以獲得飛秒級的到達時間差測量精度，對應微米級的測距及其位置精度。本發明對測距定位系統具有高保密性，并能夠進一步提高現有測距與定位的精度，可以用于為地面用戶及近地飛行器進行高精度測距與定位。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種基于星基量子衛星的測距與定位系統的示意圖；