CN106932767A - 基于压缩光的量子雷达以及雷达探测方法 - Google Patents

基于压缩光的量子雷达以及雷达探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于压缩光的量子雷达以及雷达探测方法，量子雷达包括探测信号发生装置及回波信号处理装置，所述探测信号发生装置生成信号脉冲，对信号脉冲进行压缩得到压缩真空态光脉冲，再对压缩真空态光脉冲编码后向被探测物发送；所述回波信号处理装置接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像。本发明可以解决雷达在探测时雷达脉冲被目标，或第三方截获并相应发送错误信号干扰探测的问题。

Description

基于压缩光的量子雷达以及雷达探测方法
技术领域
本发明属于量子探测及量子信息领域，尤其涉及一种基于压缩光的量子雷达以及雷达探测方法。
背景技术
雷达作为一种重要的防御型武器，在第二次世界大战中逐步发展起来。伴随着雷达的发展，相应的雷达对抗技术也在不断地推进。在新一代战机的研制中，隐身性成为一个非常重要的指标。同时随着欺骗干扰、压制干扰等雷达对抗技术的日益成熟，雷达在战场上的工作环境变得非常恶劣。在如今日益信息化的战场对抗中，雷达对抗是电子战的重中之重，大力发展雷达抗干扰、反隐身等技术是当前雷达发展的重要方向。
经典雷达基于经典的电磁波理论，而经典电磁波理论自麦克斯韦建立起来已有百年历史。现当代随着量子力学的发展，人们对微观世界的认识被完全颠覆。量子力学的开端源于对黑体辐射的研究，即对电磁波的研究。理论的发展必然会推动技术的变革，新的理论必将会为雷达的发展带来革命性的影响。
基于最新的量子信息理论，一种崭新的量子雷达正在全世界范围内受到广泛的关注和研究。量子雷达的前景是非常诱人的，其拥有更好的抗干扰的效果，有更精准的测量能力。因此现有的隐身技术和诱骗技术对于量子雷达将完全没有作用。
关于量子雷达，最早的理论方案和实验验证由Mehul Malik等人于2012年提出和完成，并以Quantum-secured imaging为题发表在Applied Physics Letters杂志上。该方案的具体步骤如下(结合图1)：
1、氦氖激光器(图中的激光光源)发出的激光先经过声光调制器(AOM)的调制从而形成一系列平均光子数远小于1的弱脉冲。
2、脉冲经过一个放置在电动旋转平台上的半波片(HWPa)，从而将脉冲的偏振随机极化到以下四种情况：水平偏振(H)，垂直偏振(V)，对角偏振(D)和反对角偏振(A)。此即量子密钥分发中的编码。
3、将编码完成的光脉冲对准目标物体发射。
4、利用干涉滤光片(IF)将反射光脉冲中源于环境的背景噪声干扰滤掉。
5、利用半波片(HWPb)和偏振分束器(PBS)构成一个偏振测量装置对收到的光脉冲进行测量。当半波片和垂直偏振方向平行时，测量光脉冲处于水平偏振态还是垂直偏振态。而当半波片和垂直偏振方向成22.5°夹角时，测量光脉冲处于对角还是反对角偏振态。
6、在偏振分束器的两侧放置两个镜头(图中的成像透镜)，分别用于不同偏振光脉冲的成像。最后利用电子倍增CCD(EMCCD)成像。
该量子雷达系统的方案脱胎于量子密钥分发中的BB84协议。当反射光子的偏振和入射时相比出现超过25％的错误率的时候，即可判定目标在干扰探测，此时对应探测光被完全截获并且返回的信号全部为干扰信号。在上述技术文章中，研究者本身并未直接提出该方案为量子雷达，同时在验证实验中采用的目标物体是镜子。
从以上面背景技术可以看出现有的技术方案运用的是弱脉冲光源(平均光子数为1)，偏振编码且编码通过电动装置进行，需要非常精细的成像装置。这就使得现有技术方案在以下方面存在问题：
1、已有研究表明，光的偏振经由物体(非镜面)散射后会发生明显变化，这就表明原有方案存在根本问题。在未有任何干扰的情况下，就会监测到回波信号的偏振有明显的错误率。因此在探测实际物体时，利用该方案来判别回波信号是否被干扰从原理上并不可行。(参见文献：Vallone,Giuseppe,et al."Experimental satellite quantum communications."Physical review letters 115.4(2015):040502.)
2采用平均光子数远小于1(一般单个脉冲的平均光子数为0.1)的弱脉冲作为探测信号，由于自由空间种存在各种环境因素使光子散射较为明显，因此该方案的探测距离将极为有限。
3、其采用电动机械装置编码，编码速率将会很低。同时电动机械装置长期使用的可靠性也成问题。
4、由于采用弱脉冲，那么相应的回波信号也会更弱，需要非常精细的成像装置。这增加了成本，降低了装置的可靠性。
发明内容
本发明提供一种基于压缩光的量子雷达，可以解决雷达在探测时雷达脉冲被目标或第三方截获并相应发送错误信号干扰探测的问题。
为此，本发明提供以下技术方案：
一种基于压缩光的量子雷达，包括探测信号发生装置及回波信号处理装置，所述探测信号发生装置生成信号脉冲，对信号脉冲进行压缩得到压缩真空态光脉冲，再对压缩真空态光脉冲编码后向被探测物发送；
所述回波信号处理装置接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像。
作为优选，所述回波信号处理装置经本振脉冲辅助对回波信号进行测量，并根据测量结果和发射信号进行比对来检测回波信号的受干扰程度；所述本振脉冲来自探测信号发生装置或回波信号处理装置。
本发明中，对信号脉冲进行压缩，得到压缩真空态|0，r>(本发明中用的是单模压缩态)：理论上压缩真空态即为将单模压缩算符(r为压缩参数且取实数，a和为该模式的产生和湮灭算符)作用到真空态|0>上得到的量子态，|0，r> ＝S(r)|0>。
在回波信号处理装置中为了对信号脉冲进行测量以及监测，还需结合本振脉冲，本发明中提供了两种本振脉冲的生成方式。
第一种方式为本振脉冲在探测信号发生装置中生成。
所述探测信号发生装置生成信号脉冲以及本振脉冲，并对所述信号脉冲依次进行压缩和编码后连同本振脉冲作为探测信号向被探测物发送。
具体的，所述探测信号发生装置包括：
脉冲生成装置，用于生成光脉冲；
第一分束装置，用于将所述光脉冲分束为信号脉冲以及本振脉冲；
压缩编码装置，包括用于对所述信号脉冲依次进行处理的压缩装置和编码装置；
所述回波信号处理装置包括：
接收来自被探测物反射的回波信号并进行相应处理的成像装置和监测装置。
本方式中，探测信号发生装置并不对本振脉冲进行编码，作为优选，其与压缩和编码后的信号脉冲复用并向被探测物体发送。
相应的所述压缩装置包括沿光路依次布置的二次谐波生成器、第一滤波片、光参量放大器和第二滤波片；
所述编码装置包括：
第二分束装置，用于将来自第一分束装置的本振脉冲分为两路，分别为用于向被探测物发送的第一路脉冲，以及用于参与信号脉冲编码的第二路脉冲；
量子随机数发生器，用于生成满足高斯分布的量子随机数；
振幅调制器，用于依据所述量子随机数对所述第二路脉冲进行基于连续变量的振幅调制；
第三分束装置，用于将来自振幅调制器以及压缩装置的两路输出脉冲进行合束；
相位调制器，用于对第三分束装置的输出脉冲进行随机相位调制，以完成编码。
所述探测信号发生装置还包括：
第一延时装置，用于对所述本振脉冲(例如来自第二分束装置的所述第一路脉冲)进行延时处理；
第一复用装置，用于将第一延时装置的输出脉冲以及编码装置的输出脉冲进行合束得到所述探测信号。
所述第一延时装置包括：
第一偏振分束器，用于接收所述本振脉冲；
光纤延时线，一端接第一偏振分束器的透射端；
法拉第旋转镜，接光纤延时线的另一端，本振脉冲经反射后经由光纤延时线从第一偏振分束器的反射端输出；
所述第一复用装置为第二偏振分束器。
所述回波信号处理装置还包括依次设置的：
相干滤波器，用于接收来自被探测物体的回波信号以及去噪；
第四分束装置，用于将去噪后的回波信号分为两路分别进入所述监测装置和成像装置。
作为优选，所述回波信号处理装置还包括用于进行相位补偿的动态偏振控制器，所述第四分束装置输出的其中一路经由该动态偏振控制器进入所述监测装置。
所述监测装置包括：
第三偏振分束器，用于按照偏振方式的不同将输入监测装置的回波信号分为信号脉冲和本振脉冲；
第二延时装置，用于将来自第三偏振分束器的信号脉冲进行延时以及偏振调整；
外差测量装置，用于接收来自第三偏振分束器的本振脉冲，以及来自第二延时装置的信号脉冲并进行测量。
作为优选，所述监测装置还包括数据处理装置，记录发射信号脉冲的编码情况，同时用于将外差测量装置的测量结果与发射时记录的对应信号脉冲相比，以判断回波信号的受干扰程度。
所述第二延时装置包括：
第四偏振分束器，用于接收来自第三偏振分束器的信号脉冲；
光纤延时线，一端接第四偏振分束器的透射端；
法拉第旋转镜，接光纤延时线的另一端，信号脉冲经反射后经由光纤延时线从第四偏振分束器的反射端输出。
第二种方式为本振脉冲在回波信号处理装置中生成。
所述探测信号发生装置生成信号脉冲以及参考脉冲，并对所述信号脉冲依次进行压缩和编码后连同参考脉冲作为探测信号向被探测物发送；所述回波信号处理装置还生成本振脉冲用以辅助对回波信号的测量。
具体的，所述探测信号发生装置包括：
脉冲生成装置，用于生成光脉冲；
第五分束装置，用于将所述光脉冲分束为信号脉冲以及参考脉冲；
压缩编码装置，包括用于对所述信号脉冲依次进行处理的压缩装置和编码装置；
调制装置，用于对所述参考脉冲进行相位、振幅调制；
所述回波信号处理装置包括：
成像装置，用于接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像处理；
本振脉冲生成装置，用于生成本振脉冲；
监测装置，接收来自本振脉冲生成装置的本振脉冲以及来自被探测物反射的回波信号，并进行测量。
本方式中，探测信号发生装置内对参考脉冲也进行调制，而后作为优选，其与压缩和编码后的信号脉冲复用并向被探测物体发送。
所述调制装置包括依次设置的可变光衰减器、振幅调制器和相位调制器。
所述压缩装置包括沿光路依次布置的二次谐波生成器、第一滤波片、光参量放大器和第二滤波片；
所述编码装置包括：
第六分束装置，用于将来自调制装置经过相位、振幅调制的参考脉冲分为两路，分别为用于向被探测物发送的第一路脉冲，以及用于参与信号脉冲编码的第二路脉冲；
量子随机数发生器，用于生成满足高斯分布的量子随机数；
振幅调制器，用于依据所述量子随机数对所述第二路脉冲进行基于连续变量的振幅调制；
第七分束装置，用于将来自振幅调制器以及压缩装置的两路输出脉冲进行合束；
相位调制器，用于对第七分束装置的输出脉冲进行随机相位调制，以完成编码。
所述探测信号发生装置还包括：
第三延时装置，用于对进行相位、振幅调制后的参考脉冲(例如来自第六分束装置的所述第一路脉冲)进行延时处理；
第二复用装置，用于将第三延时装置的输出脉冲以及编码装置的输出脉冲进行合束。
所述第三延时装置包括：
第五偏振分束器，用于接收进行相位、振幅调制后的参考脉冲；
光纤延时线，一端接第五偏振分束器的透射端；
法拉第旋转镜，接光纤延时线的另一端，进行相位、振幅调制后的参考脉冲经反射后经由光纤延时线从第五偏振分束器的反射端输出；
所述第二复用装置包括：
第八分束装置，用于将第三延时装置的输出脉冲以及编码装置的输出脉冲进行合束；
第六偏振分束器，用于接收第八分束装置的输出脉冲，再选择一偏振方向作为探测信号输出。
所述回波信号处理装置还包括依次设置的：
相干滤波器，用于接收来自被探测物体的回波信号以及去噪；
第九分束装置，用于将去噪后的回波信号分为两路分别进入所述监测装置和成像装置。
作为优选，所述回波信号处理装置还包括用于进行相位补偿的动态偏振控制器，所述第九分束装置输出的其中一路经由该动态偏振控制器进入所述监测装置。
本方式中，本振脉冲在回波信号处理装置中生成。
相应的，所述监测装置包括：
本振脉冲发生装置，用于生成本振脉冲；
第四延时装置，用于将来自本振脉冲发生装置的本振脉冲进行延时以及偏振调整；
外差测量装置，用于接收输入监测装置的回波信号，以及来自延时装置的本振脉冲并进行测量。
作为优选，所述监测装置还包括：
数据处理装置，记录发射信号脉冲的编码情况，同时用于将外差测量装置的测量结果与发射时记录的对应信号脉冲相比，以判断回波信号的受干扰程度。
所述第四延时装置包括：
第七偏振分束器，用于接收来自本振脉冲发生装置的本振脉冲；
光纤延时线，一端接第七偏振分束器的透射端；
法拉第旋转镜，接光纤延时线的另一端，本振脉冲经反射后经由光纤延时线从第七偏振分束器的反射端输出。
所述量子雷达还包括光纤环形器和光学望远镜，探测信号依次经由光纤环形器和光学望远镜发送至被探测物体，来自被探测物体的回波信号依次经由所述光学望远镜和光纤环形器进入回波信号处理装置。
本发明中各装置均可模块化，便于装配和维护。本发明的各分束器、分束装置以及偏振分速器，根据光脉冲输入的方向，既可以分束也可以合束，可结合具体光路布置进行理解和使用。
本发明中各器件的编号，如第一、第二、第三等仅仅为了了区别和便于描述，并不作为对器件本身结构和用法的限定。
本发明还提供一种基于压缩光的雷达探测方法，基于本发明的量子雷达实施。
本发明一种基于压缩光的雷达探测方法，包括：
利用探测信号发生装置生成信号脉冲，对信号脉冲进行压缩得到压缩真空态光脉冲，再对压缩真空态光脉冲编码后向被探测物发送；
利用回波信号处理装置接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像。
作为优选，回波信号处理装置经本振脉冲辅助对回波信号进行测量，并根据测量结果和发射信号进行比对来检测回波信号的受干扰程度；所述本振脉冲来自探测信号发生装置或回波信号处理装置。
结合本振脉冲的不同生成方式，本发明一种基于压缩光的雷达探测方法，包括以下步骤：
在探测信号发生装置中：
S1.生成激光脉冲；
S2.将激光脉冲分束为参考脉冲和信号脉冲；
S3.将信号脉冲进行压缩生成压缩真空态光脉冲。
S4.对压缩真空态光脉冲进行编码；
S5.将参考脉冲和编码后的信号脉冲合成为探测信号向待探测物体发送；
在回波信号处理装置中：
S6.对经待探测物体反射后的回波信号进行分束，一路进行成像处理，另一路进行测量以及根据测量结果判断回波信号的受干扰程度。
结合本振脉冲的不同生成方式，本发明一种基于压缩光的雷达探测方法，包括以下步骤：
在探测信号发生装置中：
S1.生成激光脉冲；
S2.将激光脉冲分束为较强的本振脉冲和较弱的信号脉冲；
S3.将信号脉冲进行压缩生成压缩真空态光脉冲。
S4.对压缩真空态光脉冲进行编码；
S5.将经过相位、振幅调制的参考脉冲和编码后的信号脉冲合成为探测信号向待探测物体发送；
在回波信号处理装置中：
S6.对经待探测物体反射后的回波信号进行分束，一路进行成像处理，另一路连同在回波信号处理装置中生成的本振脉冲进行测量以及根据测量结果判断回波信号的受干扰程度。
本发明的有益效果为：
本发明克服了现有方案中，因采用偏振编码所存在的光脉冲经实际物体反射后偏振变化的问题。
本发明使用的器件都是成熟和通用的光学和通信器件，和原有方案相比更经济实用且精度和稳定性更佳。例如，外差测量现在已经有非常成熟的器件，这和原方案的单脉冲计数相比，实施起来要高效和准确很多。
本发明的信号脉冲的平均光子数要明显大于原有方案。如果环境相同，本发明中探测的距离将明显高于原有方案，这提高了量子雷达的实用性。原有方案由于发射脉冲信号脉冲很弱，使其回波信号更弱，因此需要非常精细的成像系统。而本发明由于脉冲较强，因此只需要普通CCD即可得到较为清晰的图像。
本发明装置即可以单独作为雷达系统使用，也可以整合到现有经典雷达系统之中，来辅助经典雷达规避欺骗干扰，鉴别真实目标。
附图说明
图1为现有技术中量子雷达的结构示意图；
图2为本发明量子雷达的结构示意图；
图3为本发明量子雷达另一实施方式的结构示意图；
图4为本发明量子雷达中外差测量装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图2，本发明量子雷达包括探测信号发生装置及回波信号处理装置，探测信号发生装置包括：
脉冲生成装置，包括激光器以及声光调制器(AOM)用于生成光脉冲；
分束器(BS1)，用于将光脉冲分束为信号脉冲以及本振脉冲；
压缩装置，包括沿光路依次布置的二次谐波生成器(SHG)、第一滤波片(F1)、光参量放大器(OPA)和第二滤波片(F2)；
编码装置，具体包括：
分束器(BS2)，用于将来自BS1的本振脉冲分为两路，分别为第一路脉冲以及第二路脉冲；
量子随机数发生器(图中省略)，用于生成满足高斯分布的量子随机数；
振幅调制器(AM)，用于依据量子随机数对来自BS2第二路脉冲进行基于连续变量的振幅调制；
分束器(BS3)，用于将来自振幅调制器以及压缩装置的两路输出脉冲进行合束；
相位调制器(PM)，用于对BS3的输出脉冲进行随机相位调制，以完成编码。
延时装置，包括：
第一偏振分束器(PBS1)，用于接收来自BS2第一路脉冲；
光纤延时线，一端接PBS1的透射端；
法拉第旋转镜(FM)，接光纤延时线的另一端，光信号经反射后经由光纤延时线从PBS1的反射端输出；
偏振分束器(PBS2)，用于将延时装置的输出脉冲以及相位调制器(PM)的输出脉冲进行合束得到探测信号；
光纤环形器和光学望远镜，探测信号依次经由光纤环形器和光学望远镜发送至被探测物体(图中的“物体”)，来自被探测物体的回波信号依次经由光学望远镜和光纤环形器进入回波信号处理装置。
回波信号处理装置包括：
相干滤波器(IF)，用于接收来自被探测物体的回波信号以及去噪；
分束器(BS4)，用于将去噪后的回波信号分为两路分别进入监测装置和成像装置。
成像装置，图中显示了成像透镜以及CCD，可通过现有技术进行成像显示。
动态偏振控制器(DPC)，用于进行相位补偿，
监测装置，具体包括：
偏振分束器(PBS3)，用于按照偏振方式的不同将输入监测装置的回波信号分为信号脉冲和本振脉冲；
延时装置，用于将来自PBS3的信号脉冲进行延时以及偏振调整，具体包括：
偏振分束器(PBS4)，用于接收来自PBS3的信号脉冲；
光纤延时线，一端接PBS4的透射端；
法拉第旋转镜(FM)，接光纤延时线的另一端，信号脉冲经反射后经由光纤延时线从PBS4的反射端输出；
外差测量装置，用于接收来自PBS3的本振脉冲，以及来自延时装置的信号脉冲并进行测量；
数据处理装置，记录发射信号脉冲的编码情况，同时用于将外差测量装置的测量结果与发射时记录的对应信号脉冲相比，以判断回波的受干扰程度。
本发明采用的外差测量装置的具体结构见图4，主要由四个平衡光分束器(分别为BS10，BS11，BS12和BS13)和四个相同的高性能光电探测器(分别为D1，D2，D3H和D4)构成。外差测量装置可以简单的理解为两个零差测量装置(BHD)的组合，且两个BHD的输入光皆是通过对入射的信号光和本振光进行平衡分束得到。在其中一个BHD中，对入射的本振光通过相位调制器(PM)进行π/2的相位调值，这样可以同时在该装置中测量得到信号光量子态的p值。而另一个BHD装置没有相位调制，将测量得到信号光量子态中x值。因此外差测量装置可以同时测得信号光的x和p值。
本发明量子雷达进行探测时，步骤如下：
1.激光器输出的连续激光经声光调制器(AOM)的调制后形成一系列的激光脉冲。也可直接选用脉冲激光器代替上述装置。
2.生成的激光脉冲经过BS1，分束比选为1：99，对应分束器的反射率比透射率。反射部分为弱脉冲称为信号脉冲，透射部分为强脉冲称为本振脉冲。信号脉冲是后面编码的对象，而本振脉冲则作为信号脉冲的参照以便辅助测量。
3.随后信号脉冲进入压缩装置，通过压缩装置生成压缩真空态光脉冲。具体为：(1)信号脉冲进入二次谐波生成器(SHG)生成二次谐波；(2)二次谐波经光谱滤波片(F1)滤波后进入光参量放大器(OPA)，输出的光经光谱滤波片(F2)滤波后即为压缩真空态光脉冲。
4.对压缩真空态光脉冲进行编码，首先是平移操作，平移量a是一个高斯随机变量，其具体值由一个满足高斯分布(均值为0，方差为V)的量子随机数发生器生成。平移操作的实现方式如下：(1)本振脉冲经过BS2分成两个脉冲；(2)反射部分脉冲经过振幅调制器(AM)，AM由一个满足上述高斯分布的量子随机数发生器控制将脉冲振幅随机调制为高斯变量a；(3)压缩真空态光脉冲和经过高斯振幅调制的脉冲经由BS3耦合，其透射和反射比为99：1，输出的脉冲则为对压缩真空态光脉冲进行随机平移a操作后的脉冲。记录每个信号脉冲的量子态。
5.信号脉冲经过相位调制器(PM)进行随机的0或π/2的相位调制。相位调制由一个二进制的量子随机数发生器控制，相位调制值0或π/2根据随机数发生器的输出值0或1来相应地确定。此步骤的意义为：若不进行相位调制，这相当于对信号脉冲量子态中的x进行压缩和平移，反之对p进行。相应的通过数据处理装置(图中未画出)记录每个信号脉冲的编码情况。
6.本振脉冲进过BS2后透射地部分(仍称为本振脉冲)经过由光纤延时线、偏振分束器(PBS1)和法拉第旋转镜(FM)构成的延时装置延时，使本振脉冲和信号脉冲在时间上分离(不再同步)。
7.本振脉冲和信号脉冲经由偏振分束器(PBS2)耦合，形成量子雷达最终的探测信号。
8.探测信号经由光学望远镜的辅助将其发射到自由空间中进行探测。
9.通过光学望远镜接收回波信号，接收的回波信号经由光纤环形器进入回波信号处理装置。
10.回波信号经由相干滤波器(IF)滤波，去除不同波长(频率)的噪声干扰。
11.再经过第四分束器(BS4)分束后分别进入监测装置和成像模块。
12.进入成像装置的回波信号经成像透镜后直接在CCD上成像。
13.即将进入监测装置的脉冲先经过动态偏振控制器(DPC)进行相位补偿。
14.进入监测装置的回波信号通过偏振分束器(PBS3)，重新将回波信号分束为信号脉冲和本振脉冲。
15.信号脉冲经由光纤延时线、偏振分束器(PBS4)和法拉第旋转镜(FM)构成的延时装置延时，使其重新和本振脉冲在时序上同步。
16.信号脉冲和本振脉冲同步进入外差测量装置，以测量编码信号的量子态从而得到数据(xB，pB)。
17.对比发射时信号脉冲经PM的相位调制的情况，保留相应的x或p值。
18.测量结果和存储的发出时的信号脉冲的量子态进行对比，判断干扰是否存在。数据处理装置中回波信号受干扰的判定方式为：
将测得数据和发射时记录的对应信号脉冲的数据作差，随后对x和p的数据分别计算差值的分布。若差值分布满足高斯分布且方差为V1，则如果V1和信号脉冲经压缩后x或p分量的方差V0(此参数根据压缩时的参数确定)相等，则信号未被截获。若方差有明显差别，则判定有地方的干扰存在。例如地方对信号截获重发，且重发的压缩态根据其随机对截获信号的x或p分量的测量则V1＝2V0。
根据测量结果进行比对时，既可以简单的通过手动记录和运算来达成也可以采用具有数据运算功能的数据处理装置来实施，数据处理装置可以采用单片机或PC机等并通过软件或算法指令实现比对运算。
实施例2
在实施例1中，本振脉冲和信号脉冲同时发射作为探测信号。这种处理手段是为保持本振脉冲和信号脉冲之间的相位差恒定，便于后续的测量。但将本振脉冲和信号脉冲同时发送的方案在QKD系统中存在一定的安全风险，因此相应的在量子雷达系统中也会存在类似的风险。为了进一步提高量子雷达的安全性，在本实施例中，提供一种本振脉冲的保留在本地(回波信号处理装置)的方案。
具体参见图3，探测信号发生装置包括：
脉冲生成装置，包括激光器以及声光调制器(AOM)用于生成光脉冲；
分束器(BS5)，用于将光脉冲分束为信号脉冲以及参考脉冲；
调制装置，用于对参考脉冲进行相位、振幅调制，具体包括依次设置的可变光衰减器(VATT)、振幅调制器(AM)和相位调制器(PM)，
压缩装置，包括沿光路依次布置的二次谐波生成器(SHG)、第一滤波片(F1)、光参量放大器(OPA)和第一滤波片(F2)；
编码装置，具体包括：
分束器(BS6)，用于将来自调制装置的相位、振幅调制后的参考脉冲分为两路，分别为第一路脉冲以及第二路脉冲；
量子随机数发生器(图中省略)，用于生成满足高斯分布的量子随机数；
振幅调制器(AM)，用于依据量子随机数对来自BS6第二路脉冲进行基于连续变量的振幅调制；
分束器(BS7)，用于将来自振幅调制器以及压缩装置的两路输出脉冲进行合束；
相位调制器(PM)，用于对BS7的输出脉冲进行随机相位调制，以完成编码；
延时装置，包括：
偏振分束器(PBS5)，用于接收来自BS6第一路脉冲；
光纤延时线，一端接PBS5的透射端；
法拉第旋转镜(FM)，接光纤延时线的另一端，光信号经反射后经由光纤延时线从PBS5的反射端输出；
分束器(BS8)，用于将延时装置的输出脉冲以及相位调制器(PM)的输出脉冲进行合束得到探测信号；
偏振分束器(PBS6)，用于接收BS8的输出脉冲，再选择特定偏振方向作为探测信号输出。
光纤环形器和光学望远镜，探测信号依次经由光纤环形器和光学望远镜发送至被探测物体(图中的“物体”)，来自被探测物体的回波信号依次经由光学望远镜和光纤环形器进入回波信号处理装置。
回波信号处理装置包括：
相干滤波器(IF)，用于接收来自被探测物体的回波信号以及去噪；
分束器(BS9)，用于将去噪后的回波信号分为两路分别进入监测装置和成像装置。
成像装置，图中显示了成像透镜以及CCD，可通过现有技术进行成像显示。
动态偏振控制器(DPC)，用于进行相位补偿，
监测装置，具体包括：
本振脉冲发生装置，用于生成本振脉冲，具体包括激光器以及声光调制器(AOM)；
延时装置，用于将来自本振脉冲发生装置的本振脉冲进行延时以及偏振调整；具体包括：
偏振分束器(PBS7)，用于接收来自本振脉冲发生装置的本振脉冲；
光纤延时线，一端接PBS7的透射端；
法拉第旋转镜(FM)，接光纤延时线的另一端，本振脉冲经反射后经由光纤延时线从PBS7的反射端输出。
外差测量装置，用于接收输入监测装置的回波信号，以及来自延时装置的本振脉冲并进行测量；
数据处理装置，记录发射信号脉冲的编码情况，同时用于将外差测量装置的测量结果与发射时记录的对应信号脉冲相比，以判断回波信号的受干扰程度。
本实施例和实施例1在实施过程中的主要差别有以下几点：
1.经分束器(BS3)分束后的反射脉冲经过可变光衰减器(VATT)进一步衰减，使其脉冲强度比信号脉冲略高，称为参考脉冲。利用相位调制器(PM)和振幅调制器(AM)对参考脉冲进行调制。调制可以有两种形式：(1)对每个参考脉冲进行相同的相位和振幅调制，使其出射时的量子态相同均为|α>；(2)对每个参考脉冲进行独立随机的相位和振幅调制，即每个参考脉冲随机调制为不同的量子态。记录参考脉冲的量子态。和本振脉冲类似，对参考脉冲进行延时，在利用分束器(BS8)使其与信号脉冲进行耦合，耦合后的信号经偏振分束器(PBS6)，使参考脉冲和信号脉冲均以水平偏振输出。
2.在回波信号处理装置中，有一独立的激光器(激光器)和声光调制器(AOM)用于生成本振脉冲。经过延时装置的延时使每个本振脉冲与相应的信号脉冲或参考脉冲进行时序上的同步。
3.用外差测量装置分别对参考脉冲和信号脉冲进行测量，得到其相应的量子态。
4.每一个参考脉冲的测量值和记录的发射时的量子态进行比对，确定参考脉冲和本振脉冲的相对相位θ。θ的值用于修正相应测量得到的信号脉冲的量子态。
本实施例的其余步骤和实施例1相同，故不在此详述。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是本发明并非局限于此，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。显然这些改动和变型均应属于本发明要求的保护范围保护内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何特殊限制。

Claims (18)

1.一种基于压缩光的量子雷达，包括探测信号发生装置及回波信号处理装置，其特征在于，所述探测信号发生装置生成信号脉冲，对信号脉冲进行压缩得到压缩真空态光脉冲，再对压缩真空态光脉冲编码后向被探测物发送；
所述回波信号处理装置接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像。
2.如权利要求1所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述回波信号处理装置经本振脉冲辅助对回波信号进行测量，并根据测量结果和发射信号进行比对来检测回波信号的受干扰程度；所述本振脉冲来自探测信号发生装置或回波信号处理装置。
3.如权利要求2所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置生成信号脉冲以及本振脉冲，并对所述信号脉冲依次进行压缩和编码后连同本振脉冲作为探测信号向被探测物发送。
4.如权利要求3所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置包括：
脉冲生成装置，用于生成光脉冲；
第一分束装置，用于将所述光脉冲分束为信号脉冲以及本振脉冲；
压缩编码装置，包括用于对所述信号脉冲依次进行处理的压缩装置和编码装置；
所述回波信号处理装置包括：
接收来自被探测物反射的回波信号并进行相应处理的成像装置和监测装置。
5.如权利要求4所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置还包括：
第一延时装置，用于对所述本振脉冲进行延时处理；
第一复用装置，用于将第一延时装置的输出脉冲以及编码装置的输出脉冲进行合束得到所述探测信号。
6.如权利要求4所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述回波信号处理装置还包括依次设置的：
相干滤波器，用于接收来自被探测物体的回波信号以及去噪；
第四分束装置，用于将去噪后的回波信号分为两路分别进入所述监测装置和成像装置。
7.如权利要求4所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述监测装置包括：
第三偏振分束器，用于按照偏振方式的不同将输入监测装置的回波信号分为信号脉冲和本振脉冲；
第二延时装置，用于将来自第三偏振分束器的信号脉冲进行延时以及偏振调整；
外差测量装置，用于接收来自第三偏振分束器的本振脉冲，以及来自第二延时装置的信号脉冲并进行测量；
数据处理装置，记录发射信号脉冲的编码情况，同时用于将外差测量装置的测量结果与发射时记录的对应信号脉冲相比，以判断回波信号的受干扰程度。
8.如权利要求2所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置生成信号脉冲以及参考脉冲，并对所述信号脉冲依次进行压缩和编码后连同参考脉冲作为探测信号向被探测物发送；所述回波信号处理装置还生成本振脉冲用以辅助对回波信号的测量。
9.如权利要求8所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置包括：
脉冲生成装置，用于生成光脉冲；
第五分束装置，用于将所述光脉冲分束为信号脉冲以及参考脉冲；
压缩编码装置，包括用于对所述信号脉冲依次进行处理的压缩装置和编码装置；
调制装置，用于对所述参考脉冲进行相位、振幅调制；
所述回波信号处理装置包括：
成像装置，用于接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像处理；
本振脉冲生成装置，用于生成本振脉冲；
监测装置，接收来自本振脉冲生成装置的本振脉冲以及来自被探测物反射的回波信号，并进行测量。
10.如权利要求9所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述调制装置包括依次设置的可变光衰减器、振幅调制器和相位调制器。
11.如权利要求10所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述探测信号发生装置还包括：
第三延时装置，用于对进行相位、振幅调制后的参考脉冲进行延时处理；
第二复用装置，用于将第三延时装置的输出脉冲以及编码装置的输出脉冲进行合束。
12.如权利要求9所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述回波信号处理装置还包括依次设置的：
相干滤波器，用于接收来自被探测物体的回波信号以及去噪；
第九分束装置，用于将去噪后的回波信号分为两路分别进入所述监测装置和成像装置。
13.如权利要求12所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述监测装置包括：
本振脉冲发生装置，用于生成本振脉冲；
第四延时装置，用于将来自本振脉冲发生装置的本振脉冲进行延时以及偏振调整；
外差测量装置，用于接收输入监测装置的回波信号，以及来自延时装置的本振脉冲并进行测量；
数据处理装置，记录发射信号脉冲的编码情况，同时用于将外差测量装置的测量结果与发射时记录的对应信号脉冲相比，以判断回波信号的受干扰程度。
14.如权利要求3或8所述的基于压缩光的量子雷达，其特征在于，所述量子雷达还包括光纤环形器和光学望远镜，探测信号依次经由光纤环形器和光学望远镜发送至被探测物体，来自被探测物体的回波信号依次经由所述光学望远镜和光纤环形器进入回波信号处理装置。
15.一种基于压缩光的雷达探测方法，其特征在于，包括：
利用探测信号发生装置生成信号脉冲，对信号脉冲进行压缩得到压缩真空态光脉冲，再对压缩真空态光脉冲编码后向被探测物发送；
利用回波信号处理装置接收来自被探测物反射的回波信号并进行成像。
16.如权利要求15所述的基于压缩光的雷达探测方法，其特征在于，回波信号处理装置经本振脉冲辅助对回波信号进行测量，并根据测量结果和发射信号进行比对来检测回波信号的受干扰程度；所述本振脉冲来自探测信号发生装置或回波信号处理装置。
17.如权利要求16所述的基于压缩光的雷达探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
在探测信号发生装置中：
S1.生成激光脉冲；
S2.将激光脉冲分束为参考脉冲和信号脉冲；
S3.将信号脉冲进行压缩生成压缩真空态光脉冲。
S4.对压缩真空态光脉冲进行编码；
S5.将参考脉冲和编码后的信号脉冲合成为探测信号向待探测物体发送；
在回波信号处理装置中：
S6.对经待探测物体反射后的回波信号进行分束，一路进行成像处理，另一路进行测量以及根据测量结果判断回波信号的受干扰程度。
18.如权利要求16所述的基于压缩光的雷达探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
在探测信号发生装置中：
S1.生成激光脉冲；
S2.将激光脉冲分束为较强的本振脉冲和较弱的信号脉冲；
S3.将信号脉冲进行压缩生成压缩真空态光脉冲。
S4.对压缩真空态光脉冲进行编码；
S5.将经过相位、振幅调制的参考脉冲和编码后的信号脉冲合成为探测信号向待探测物体发送；
在回波信号处理装置中：
S6.对经待探测物体反射后的回波信号进行分束，一路进行成像处理，另一路连同在回波信号处理装置中生成的本振脉冲进行测量以及根据测量结果判断回波信号的受干扰程度。
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