[發(fā)明專利]一種基于量子糾纏光關聯(lián)特性的分布式距離相關定位方法

有效

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• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112924982B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 周牧;張靖;聶偉;謝良波;王勇;楊小龍
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G01S17/48
• 分類號: G01S17/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出了一種基于量子糾纏光關聯(lián)特性的分布式三邊定位方法。首先，將連續(xù)泵浦光通過反射鏡和偏振片生成偏振光，照射至周期極化磷酸氧鈦鉀(Periodically Poled KTP，PPKTP)晶體，產(chǎn)生具有糾纏特性的閑置光和信號光；然后，閑置光由本地單光子探測器探測，信號光發(fā)送至待測目標，并反射回本地用另一單光子探測器探測；其次，利用高速采集電路記錄光路到達的時刻信息，并生成時間標簽序列；再次，通過符合計數(shù)得到二階糾纏光關聯(lián)特性曲線，找出其峰值所對應的延遲，從而計算出本地接入點到待測目標的距離；最后，部署3個位置已知的本地接入點，利用三邊定位原理計算出待定位目標的位置。

技術領域

本發(fā)明涉及量子精密測量領域，特別涉及一種利用量子糾纏光關聯(lián)特性來提升分布式距離相關定位方法的定位精度。

背景技術

隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，路徑查詢、物流監(jiān)控、導航定位等位置服務已滲透到人們生產(chǎn)生活中的方方面面。常見的定位系統(tǒng)有全球定位系統(tǒng)、蜂窩基站定位系統(tǒng)、慣性導航定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，廣泛應用于交通導航、衛(wèi)星授時應用、應急指揮、民用水情測報服務等，發(fā)揮了至關重要作用。

由于上述定位系統(tǒng)大多是基于牛頓力學、麥克斯韋方程組及香農(nóng)信息論等為主要內容的經(jīng)典物理學，其定位精度受到了經(jīng)典散粒噪聲的限制，普遍維持在米級，很難有進一步的提高。此外，上述定位系統(tǒng)大多依賴于無線信號而極易受到電離層和對流層的干擾，導致信號的非線性傳播，系統(tǒng)抗干擾能力差。因此，一種以量子力學為理論基礎的方法因其具有高定位精度和高安全性的特點，在定位應用上具有非常可觀的研究前景。

目前，基于無線信號的三邊定位方法因信號易受多徑效應的影響，導致很難保持移動目標與信號接入點之間的時間精確同步，在復雜的實際應用中受到了較大的限制。此外，信號傳播速率較快，即使是十分微小的時間誤差也會造成巨大的定位誤差，急劇降低定位性能。因此，對于高精度的時鐘同步技術的要求就顯得更為迫切，而量子定位方法依靠符合計數(shù)測量時差，已經(jīng)被證實相比經(jīng)典方法可以提供更高的時鐘同步精度。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種基于量子糾纏光關聯(lián)特性的分布式距離相關定位方法。與傳統(tǒng)的基于無線信號的距離相關定位方法相比，基于量子糾纏態(tài)的方案不再依賴于電磁波等無線信號，而是利用糾纏光子的二階關聯(lián)特性提升定位精度，理論上可達納米級。

本發(fā)明所采用的技術方案為：一種基于量子糾纏光關聯(lián)特性的分布式距離相關定位方法，具體包括以下步驟：

步驟一、利用波長為405nm的半導體激光器產(chǎn)生高質量的泵浦光，利用焦距分別為300mm和75mm的透鏡組成望遠鏡系統(tǒng)，對泵浦光進行光場壓縮，得到純凈的泵浦光；

步驟二、將純凈的泵浦光照射周期極化磷酸氧鈦鉀(Periodically Poled KTP，PPKTP)晶體產(chǎn)生自發(fā)參量下轉換過程，光束以一定概率發(fā)生參量下轉換得到糾纏光；

步驟三、將得到的糾纏光通過反射波長為405nm的高通全反鏡，反射多余未轉換的泵浦光，并利用干涉濾波片濾除環(huán)境中的干擾光，得到高質量的糾纏光；

步驟四、利用偏振分束器分離波長為810nm的糾纏光，得到閑置光和參考光；

步驟五、將閑置光和信號光分別通過光子耦合器，閑置光直接由本地單光子探測器1探測，信號光發(fā)送至距離L處的待測目標，并反射回來用單光子探測器2探測；

步驟六、在采集時間T內，通過高速采集電路記錄信號到達的時刻信息并設置不同的通道標志位CH1和CH2，閑置光和信號光到達的時刻信息分別以時間標簽序列T₁＝{t₁₁,…,t_1i,…,t_1n}和T₂＝{t₂₁,…,t_2i,…,t_2n}的形式存儲在本地，其中，t_ji(j＝1,2；i＝1,…,n)表示第j個通道的第i個時間標簽值；