[發明專利]一種基于衛星的天空地一體化量子通信系統

有效

• 申請號: 202010800100.8
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112054852B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 富堯;鐘一民;王澤軍
• 申請（專利權）人: 如般量子科技有限公司;南京如般量子科技有限公司
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04B7/185;H04L9/08
• 代理公司: 南京中盟科創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32279
• 代理人: 張靖堯

1.一種基于衛星的天空地一體化量子通信系統，其特征在于，包括：量子終端、地面中繼、地面站、低軌衛星、高軌衛星；

低軌衛星與低軌衛星之間形成星間量子鏈路，高軌衛星用于采集通信范圍內的星間量子鏈路的拓撲，并與其他高軌衛星協商制定星間量子鏈路的路由信息，將協商好的星間量子鏈路路由信息下發給低軌衛星和地面站；量子終端與地面站之間直接連接，或通過地面中繼連接；地面站與地面站之間通過量子信道連接，量子終端與量子終端之間通過量子信道連接，地面站與低軌衛星間形成星地量子鏈路；

所述系統中，源量子終端與目標量子終端之間的通信過程包括以下步驟：

源量子終端與本地地面站之間直接協商或通過地面中繼協商，得到原始密鑰K；源量子終端用原始密鑰K加密所要發送的消息T，并將加密數據通過經典通信發送給目標量子終端；

將源量子終端本地地面站與目標量子終端本地地面站之間的星地量子鏈路和星間量子鏈路作為中繼鏈路，將中繼鏈路中的各節點劃分奇偶：與目標量子終端本地地面站直接連接的中繼節點為奇節點，將這個中繼節點的相鄰中繼節點作為偶節點，依次類推，直至所有中繼節點劃分完畢；

所述中繼鏈路中的各中繼節點與相鄰節點協商出量子密鑰；然后，每個奇節點將自己與相鄰兩個節點之間的量子密鑰異或后傳遞給源量子終端本地地面站，每個偶節點將自己與相鄰兩個節點之間的量子密鑰異或后傳遞給目標量子終端本地地面站；

源量子終端本地地面站接收到所有奇節點傳遞的密鑰數據后，用自己與相鄰中繼節點的量子密鑰與接收到的所有密鑰數據異或，得到加密密鑰，用加密密鑰加密原始密鑰K，然后將加密數據通過經典通信發送給目標量子終端本地地面站；

目標量子終端本地地面站接收到所有偶節點傳遞的密鑰數據后，用自己與相鄰中繼節點的量子密鑰異或所有接收到的密鑰數據，得到解密密鑰，用解密密鑰解密來自源量子終端本地地面站的加密數據，得到原始密鑰K；

目標量子終端本地地面站與目標量子終端之間協商出量子密鑰，并基于協商出的量子密鑰進行保密通信，將原始密鑰K傳遞給目標量子終端；目標量子終端用原始密鑰K解密源量子終端發送來的加密數據，得到T。

2.根據權利要求1所述的一種基于衛星的天空地一體化量子通信系統，其特征在于，所述地面站包括建設于陸地的路基平臺和建設在海上的海面平臺；所述地面站分為固定式地面站和移動式地面站。

3.根據權利要求2所述的一種基于衛星的天空地一體化量子通信系統，其特征在于，所述系統還包括懸空平臺，懸空平臺設置在平流層，作為固定式地面站與低軌衛星之間的中繼。

4.根據權利要求3所述的一種基于衛星的天空地一體化量子通信系統，其特征在于，所述懸空平臺配置量子密鑰協商設備，通過配置的量子密鑰協商設備分別與所連接的固定式地面站和低軌衛星進行量子密鑰協商。

5.根據權利要求3所述的一種基于衛星的天空地一體化量子通信系統，其特征在于，所述懸空平臺為量子中繼器，用于為所連接的固定式地面站與低軌衛星在密鑰協商過程中傳輸量子態。