CN113534094B - 一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统及检测方法，方法包括：得到纠缠双光子信号；将反射信号和参考光束转换为第一电脉冲信号和第二电脉冲信号；对第一电脉冲信号和第二电脉冲信号进行符合计数得到符合计数值；根据第一符合概率计算公式得到第一符合概率；根据所有参考单元的符合计数值得到噪声的均值；根据噪声的均值得到条件概率密度；根据条件概率密度和等效的虚警率得到判决门限值；若结果为符合计数值大于判决门限值，判决结果为存在目标，若结果为符合计数值小于判决门限值，判决结果为没有目标。本发明利用恒虚警检测技术能够实现纠缠态量子探测系统在不同噪声情况下，根据虚警概率调节判决门限，完成对目标的恒虚警检测。

Description

一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于量子探测技术领域，具体涉及一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统及检测方法。

背景技术

量子探测，是将量子力学与信息科学相结合，应用在信息探测领域中的一种新技术。与基于经典电磁波理论的传统探测技术不同，量子探测利用电磁场的量子特性，具有超越传统探测技术，实现高背景噪声下，以微弱信号对微弱目标完成高灵敏度探测的潜力。

由于纠缠信号具有超越经典信号的强关联特性，能够突破标准量子极限，达到海森堡极限，因此，在量子探测中，基于纠缠态的量子探测技术在理论上更能展现量子优势。并且，基于纠缠态的量子探测技术在光和微波领域都处于快速的发展过程中，同时，由于其从生物科学到安全领域的广泛应用，该项技术也吸引了越来越多的关注。

恒虚警检测是一种在噪声背景下，对目标进行自适应检测的信号处理技术，其特点是能够针对不断变化的背景噪声使探测系统保持恒定的虚警概率，被广泛应用于目标检测中，尤其在雷达中具有极强的应用价值。

但是，由于量子探测系统的体制与经典系统不同，且量子信号的形式及数学模型也与经典存在很大差异，现有经典探测系统的恒虚警检测技术无法完全适用于纠缠态量子探测系统中。并且，国内外关于纠缠态量子探测系统恒虚警检测方法的研究还未展开，随着量子探测技术的不断发展和走向应用，对于纠缠态量子探测系统恒虚警检测理论与方法的研究具有重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统及检测方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测方法，所述量子探测恒虚警检测方法包括：

步骤1、对滤除杂散光的水平偏振光进行自发参量下转换得到纠缠双光子信号，所述纠缠双光子信号包括信号光束和参考光束，所述信号光束和所述参考光束的偏振方向互相垂直；

步骤2、将汇聚的所述信号光束入射至目标所产生的目标反射信号转换为第一电脉冲信号，将所述参考光束转换为第二电脉冲信号；

步骤3、对所述第一电脉冲信号和所述第二电脉冲信号进行符合计数，得到符合计数值；

步骤4、将时间延迟窗口划分为N个单元，N个单元包括一个检测单元、4个保护单元和(N-5)个参考单元，所述检测单元为符合计数值之和最大的单元，所述保护单元为所述检测单元相邻的单元；

步骤5、在没有目标、只有噪声的情况下，根据第一符合概率计算公式得到第一符合概率；

步骤6、对所有所述参考单元的符合计数值做最大似然估计，得到噪声的均值；

步骤7、基于第一条件概率密度函数，在没有目标、只有噪声的情况下，根据所述噪声的均值得到所述符合计数值的第一条件概率密度；

步骤8、基于判决门限计算公式，根据所述第一条件概率密度和等效的虚警率得到判决门限值；

步骤9、对所述检测单元的符合计数值和判决门限值进行比较，得到比较结果；

步骤10、根据所述比较结果进行判决，若所述比较结果为所述符合计数值大于所述判决门限值，则判决结果为存在目标，若所述比较结果为所述符合计数值小于所述判决门限值，则所述判决结果为没有目标。

在本发明的一个实施例中，所述步骤4包括：

步骤4.1、以所述时间延迟窗口作为一维恒虚警检测的检测轴，将所述时间延迟窗口划分为N个单元，每个所述单元的大小与符合门宽的大小相等；

步骤4.2、采用滑窗法对所述时间延迟窗口内的符合计数值进行检测，将滑动窗口内符合计数值之和最大的单元作为检测单元，与所述检测单元左右相邻的4个单元作为保护单元，剩余的(N-5)个单元作为参考单元，其中，检测门窗长度等于符合门宽，滑动步长为时间相关单光子计数器的时间分辨率。

在本发明的一个实施例中，所述第一符合概率计算公式为：

其中，γ为单光子探测器的探测效率，ρ_N为噪声到达率，τ_c为符合门宽，T_d为单光子探测器的死时间，P_e为理论上观测到的光子数与产生的纠缠双光子对数的比值。

在本发明的一个实施例中，所属步骤6包括：

对所有所述参考单元的符合计数值做最大似然估计，得到所述符合计数值的期望，将所述符合计数值的期望作为所述噪声的均值。

在本发明的一个实施例中，所述第一条件概率密度函数为：

其中，P(x|H₀)为第一条件概率密度，x为符合计数值，H₀为没有目标、只有噪声的情况，(M·P_I,N)为噪声的均值，M为纠缠光子对的数量，P_I,N为参考光子和噪声光子的符合概率。

在本发明的一个实施例中，所述步骤8包括：

步骤8.1、基于虚警率计算公式，根据恒虚警率得到等效的虚警率；

步骤8.2、基于判决门限计算公式，根据所述第一条件概率密度和所述等效的虚警率得到判决门限值。

在本发明的一个实施例中，在步骤10之后，还包括：

步骤11、基于第二条件概率密度函数，在有目标、有噪声的情况下，根据时间相关单光子计数器的第三符合概率得到所述符合计数值的第二条件概率密度，基于检测概率计算公式，根据所述符合计数值的第二条件概率密度得到检测概率。

在本发明的一个实施例中，在步骤11之后，还包括：

步骤12、基于漏警概率计算公式，根据所述检测概率得到漏警概率。

本发明一个实施例还提供一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统，上述任一项所述的量子探测恒虚警检测方法利用所述量子探测恒虚警检测系统实现，所述量子探测恒虚警检测系统包括：

激光器，用于发射激光；

半波片，用于接收所述激光，调节所述激光的偏振状态，形成水平方向的水平偏振光；

滤波片，用于接收所述水平偏振光，滤除所述水平偏振光中的杂散光；

BBO晶体，用于接收滤除所述杂散光的水平偏振光，并对滤除所述杂散光的水平偏振光进行自发参量转换得到纠缠双光子信号，所述纠缠双光子信号包括信号光束和参考光束；

偏振分束器，用于将所述信号光束和所述参考光束分成两路；

透镜，用于对所述信号光束进行聚焦，形成汇聚的所述信号光束；

第一单光子探测器，用于接收汇聚的所述信号光束入射至目标所产生的目标反射信号，并将所述目标反射信号转换为第一电脉冲信号；

第二单光子探测器，用于接收所述参考光束，并将所述参考光束转换为第二电脉冲信号；

时间相关单光子计数器，用于接收所述第一电脉冲信号和所述第二电脉冲信号，并对所述第一电脉冲信号和所述第二电脉冲信号进行符合计数，得到时间延迟窗口的符合计数值；

恒虚警检测模块，用于接收所述时间延迟窗口的符合计数值，并根据所述符合计数值实现恒虚警检测。

在本发明的一个实施例中，所述恒虚警检测模块包括：

检测单元判决器，用于将所述时间延迟窗口划分为N个单元，N个单元包括一个检测单元、4个保护单元和(N-5)个参考单元，所述检测单元为符合计数值之和最大的单元，所述保护单元为所述检测单元相邻的单元；

比较器，用于对所述检测单元的符合计数值和判决门限值进行比较，得到比较结果；

判决器，用于根据所述比较结果进行判决，若所述比较结果为所述符合计数值大于所述判决门限值，则判决结果为存在目标，若所述比较结果为所述符合计数值小于所述判决门限值，则所述判决结果为没有目标。

本发明的有益效果：

本发明利用恒虚警检测技术，能够在不同程度噪声的情况下，根据恒定的虚警概率，自动调节判决门限，实现对目标的恒虚警检测功能。

本发明首次构建了能够实现恒虚警检测的纠缠态量子探测系统。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种恒虚警检测模块的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种仿真实验结果图；

图5是本发明实施例提供的另一种仿真实验结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测方法的流程示意图。本发明实施例提供一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测方法，该量子探测恒虚警检测方法包括步骤1至步骤12，其中：

步骤1、对滤除杂散光的水平偏振光进行自发参量下转换得到纠缠双光子信号，纠缠双光子信号包括信号光束和参考光束，信号光束和参考光束的偏振方向互相垂直。

步骤2、将汇聚的信号光束入射至目标所产生的目标反射信号转换为第一电脉冲信号，将参考光束转换为第二电脉冲信号。

具体地，将信号光束汇聚，汇聚之后的信号光束入射至目标，从而产生目标反射信号，之后将该目标反射信号利用如第一单光子探测器转换为第一电脉冲信号，并记录第一单光子探测器的计数值；还利用如第二单光子探测器将参考光束转换为第二电脉冲信号，并记录第二单光子探测器的计数值。

步骤3、对第一电脉冲信号和第二电脉冲信号进行符合计数，得到符合计数值。

具体地，例如利用时间相关单光子计数器对第一电脉冲信号和第二电脉冲信号进行匹配，若第一电脉冲信号和第二电脉冲信号在一个符合门宽同时出现，则为匹配成功，此为一个符合计数，从而可以得到一组关于时间延迟的符合计数值。

步骤4、将时间延迟窗口划分为N个单元，N个单元包括一个检测单元、4个保护单元和(N-5)个参考单元，检测单元为符合计数值之和最大的单元，保护单元为检测单元相邻的单元。

其中，时间延迟窗口为时间相关单光子计数器的时间延迟窗口，保护单元例如为检测单元左侧的两个相邻单元和右侧的两个相邻单元。

在一个具体实施例中，步骤4可以包括步骤4.1～步骤4.2，其中：

步骤4.1、以时间延迟窗口作为一维恒虚警检测的检测轴，将时间延迟窗口划分为N个单元，每个单元的大小与符合门宽的大小相等。

具体地，以时间相关单光子计数器的时间延迟窗口作为一维恒虚警检测的检测轴，并设定符合门宽，例如符合门宽为3nm，将时间延迟窗口按每一个符合门宽作为一个单元划分为N个单元。

步骤4.2、采用滑窗法对时间延迟窗口内的符合计数值进行检测，将滑动窗口内符合计数值之和最大的单元作为检测单元，与检测单元左右相邻的4个单元作为保护单元，剩余的(N-5)个单元作为参考单元，其中，检测门窗长度等于符合门宽，滑动步长为时间相关单光子计数器的时间分辨率。

具体地，采用滑窗法对时间延迟窗口内的每个滑动窗口的符合计数值进行检测，本实施例设定检测门窗长度为符合门宽，滑动步长为时间相关单光子计数器的时间分辨率。然后，记录每个滑动窗口内的符合计数值之和，记为C_i，找出符合计数值之和(即max(C_i))所在的窗口，作为检测单元，其左右相邻的4个窗口作为保护单元，其余(N-5)个窗口作为参考单元。

步骤5、在没有目标、只有噪声的情况下，根据第一符合概率计算公式得到第一符合概率。

在本实施例中，假设在一个检测时间窗口内，泵浦光通过BBO晶体(偏硼酸钡晶体)产生的纠缠光子对数量为M。

在本实施例中，纠缠源每产生1对纠缠光子，该对纠缠光子经过探测链路后，第一单光子探测器能够探测到反射信号光子的概率P_S和第二单光子探测器能够探测到参考光子的概率P_I分别为：

P_S＝γηP_e

P_I＝γP_e

式中，γ为单光子探测器的效率，η为目标反射率，P_e为理论上观测到的光子数与产生的纠缠双光子对数的比值。

噪声光子进入第一单光子探测器的数量服从泊松分布，不考虑热噪声，考虑单光子探测器的死时间，在每个光子检测周期内，计算能够探测到满足时间相关单光子计数器的符合条件的噪声光子数的概率P_N为：

其中，T_d为单光子探测器的死时间，τ_c为时间相关单光子计数器的符合门宽，ρ_N为噪声到达率(噪声到达率为1时，表示每个死时间周期都存在1个噪声光子)。

有噪声、无目标情况下，利用第一符合概率计算公式计算时间相关单光子计数器的第一符合概率P_I,N，第一符合概率计算公式为：

其中，γ为单光子探测器的探测效率，ρ_N为噪声到达率，τ_c为符合门宽，T_d为单光子探测器的死时间，P_e为理论上观测到的光子数与产生的纠缠双光子对数的比值。

在有噪声、有目标情况下，第一单光子探测器能够探测到满足符合条件的光子(包含反射信号光子和噪声光子)的概率P_S+N为：

P_S+N＝P_S+P_N-P_SP_N

其中，P_N-P_SP_N为剔除反射信号光子与噪声光子出现无法分辨的情况下的等效噪声。

在无噪声、有目标情况下，时间相关单光子计数器的第二符合概率P_I,S为：

P_I,S＝γ²ηP_e

其中，P_I,S为第二符合概率。

在有噪声、有目标情况下，时间相关单光子计数器的第三符合概率P_I,S+N为：

P_I,S+N＝P_I,S+P_I,N-P_I,SP_I,N＝γ²[η+(1-e^-λ)-η(1-e^-λ)]P_e

其中，

步骤6、对所有参考单元的符合计数值做最大似然估计，得到噪声的均值。

具体地，对所有参考单元的符合计数值做最大似然估计，得到符合计数值的期望，将符合计数值的期望作为噪声的均值。

步骤7、基于第一条件概率密度函数，在没有目标、只有噪声的情况下，根据噪声的均值得到符合计数值的第一条件概率密度。

在本实施例中，定义x_r、x_s'、x_n分别表示第一单光子探测器所接收到的全部信号(包括目标的反射信号和噪声信号)、目标的反射信号、噪声信号。

将探测路没有目标、只有噪声的情况定义为情况H₀，即x_r＝x_n，时间相关单光子计数器的符合计数值x服从泊松分布，根据第一条件概率密度函数计算H₀情况下符合计数值x的第一条件概率密度，第一条件概率密度函数为：

其中，P(x|H₀)为第一条件概率密度，x为符合计数值，H₀为没有目标、只有噪声的情况，(M·P_I,N)为噪声的均值，M为纠缠光子对的数量，P_I,N为参考光子和噪声光子的符合概率。

步骤8、基于判决门限计算公式，根据第一条件概率密度和等效的虚警率得到判决门限值。

在一个具体实施例中，步骤8可以包括步骤8.1～步骤8.2，其中：

步骤8.1、基于虚警率计算公式，根据恒虚警率得到等效的虚警率。

具体地，设定系统的恒虚警率为一常数，即P_fa＝α，P_fa为恒虚警率，α为常数，根据虚警率计算公式计算在每次检测过程中等效的虚警率，虚警率计算公式为：

其中，α'为等效的虚警率。

步骤8.2、基于判决门限计算公式，根据所述第一条件概率密度和所述等效的虚警率得到判决门限值，其中，判决门限计算公式为：

其中，α'为等效的虚警率。

步骤9、对检测单元的符合计数值和判决门限值进行比较，得到比较结果，其中，比较结果为符合计数值大于判决门限值或者符合计数值小于判决门限值。

步骤10、根据比较结果进行判决，若比较结果为符合计数值大于判决门限值，则判决结果为存在目标，若比较结果为符合计数值小于判决门限值，则判决结果为没有目标。

步骤11、基于第二条件概率密度函数，在有目标、有噪声的情况下，根据时间相关单光子计数器的第三符合概率得到符合计数值的第二条件概率密度，基于检测概率计算公式，根据符合计数值的第二条件概率密度得到检测概率。

具体地，将探测路有目标、有噪声的情况定义为情况H₁，即x_r＝x_s'+x_n，时间相关单光子计数器的符合计数值x同样服从泊松分布，根据第二条件概率密度函数计算H₁情况下符合计数值x的第二条件概率密度，第二条件概率密度函数为：

其中，P(x|H₁)为第二条件概率密度。

在本实施例中，检测概率计算公式为：

其中，P_d为检测概率。

步骤12、基于漏警概率计算公式，根据检测概率得到漏警概率，漏警概率计算公式为：

P_m＝1-P_d

P_m为漏警概率。

本发明利用恒虚警检测技术，能够在不同程度噪声的情况下，根据恒定的虚警概率，自动调节判决门限，实现对目标的恒虚警检测功能。

实施例二

请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统的结构示意图。本发明在上述实施例的基础上还提供一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统，该量子探测恒虚警检测系统包括：

激光器，用于发射激光；

半波片，用于接收激光，调节激光的偏振状态，形成水平方向的水平偏振光；

滤波片，用于接收水平偏振光，滤除水平偏振光中的杂散光；

BBO晶体，用于接收滤除杂散光的水平偏振光，并对滤除杂散光的水平偏振光进行自发参量转换得到纠缠双光子信号，纠缠双光子信号包括信号光束和参考光束；

偏振分束器，用于将信号光束和参考光束分成两路，即信号探测路和参考路；

透镜，用于对信号光束进行聚焦，形成汇聚的信号光束；

第一单光子探测器，用于接收汇聚的信号光束入射至目标所产生的目标反射信号，并将目标反射信号转换为第一电脉冲信号，并记录第一单光子探测器的计数值；

第二单光子探测器，用于接收参考光束，并将参考光束转换为第二电脉冲信号，并记录第二单光子探测器的计数值；

时间相关单光子计数器，用于接收第一电脉冲信号和第二电脉冲信号，并对第一电脉冲信号和第二电脉冲信号进行符合计数，得到时间延迟窗口的符合计数值；

恒虚警检测模块，用于接收时间延迟窗口的符合计数值，并根据符合计数值实现恒虚警检测。

请参见图3，在一个具体实施例中，恒虚警检测模块包括：

检测单元判决器，用于将,时间延迟窗口划分为N个单元，N个单元包括一个检测单元、4个保护单元和(N-5)个参考单元，检测单元为符合计数值之和最大的单元，保护单元为检测单元相邻的单元。

比较器，用于对检测单元的符合计数值和判决门限值进行比较，得到比较结果。

判决器，用于根据比较结果进行判决，若比较结果为符合计数值大于判决门限值，则判决结果为存在目标，若比较结果为符合计数值小于判决门限值，则判决结果为没有目标。

本发明首次构建了能够实现恒虚警检测的量子探测恒虚警检测系统。

本发明基于所构建的量子探测恒虚警检测系统，首次提出了纠缠态量子探测系统的恒虚警检测技术，能够在不同程度噪声的情况下，根据恒定的虚警概率，自动调节判决门限，实现对目标的恒虚警检测功能。

本发明通过仿真实验对上述基于纠缠态的量子探测恒虚警检测技术的效果进行说明。

仿真实验一：

1、参数设置

理论上能够观测到的光子数与产生纠缠双光子对数的比值P_e＝0.8，两个单光子探测器的探测效率均为γ＝0.35，两个单光子探测器的死时间均为T_d＝20ns，符合门宽设为τ_c＝3ns，噪声到达率分别为ρ_N＝0.5和ρ_N＝1，目标反射率η＝0.1，单元数为100，每次检测发射纠缠光子对数为2000，其中，目标在检测过程中随机存在，设定恒虚警率P_fa＝0.1。

2、实验内容

请参见图4，图4是本发明实施提供的一种仿真实验结果图，图4中，横坐标为检测周期，其中，前100个检测周期中的噪声到达率为0.5，后100个检测周期中的噪声到达率为1；纵坐标为符合计数值。点线为每一次检测对噪声的估计值，点划线为每一次检测根据噪声估计值计算得出的判决阈值，实线为每一次检测中检测单元的符合计数值(包含了噪声光子与参考光子的符合值和目标反射光子与参考光子的符合值)。

图中，标记为“O”的检测事件，代表系统对目标完成了正确的识别和报警；标记为“X”的检测事件，代表系统发生了虚警；标记为“M”的检测事件，代表系统发送了漏警。

仿真结果表明，所提纠缠光量子恒虚警检测理论能够在检测过程中，通过对起伏的噪声进行估计，自适应的选取判决门限，使得系统在虚警率保持恒定的情况下，有效完成对随机的、反射率不同的目标进行检测，证明了该检测理论的有效性。

仿真实验二：

1、参数设置

本仿真给出在虚警率恒定的情况下，系统接收端信噪比与检测概率的关系。以下仿真取系统噪声到达率ρ_N＝1，其余参数均与仿真实验一保持一致。

2、实验内容

请参见图5，虚线表示虚警概率P_fa＝0.1时，接收端信噪比与检测概率P_d的关系；点划线表示虚警概率P_fa＝0.05时，接收端信噪比与检测概率P_d的关系；实线表示虚警概率P_fa＝0.01时，接收端信噪比与检测概率P_d的关系。可以看出，随着虚警概率的降低，检测概率也随之降低。通过该仿真也可看出，由于纠缠信号在灵敏度上的优势，以及系统的灵活性，基于纠缠态量子探测系统的恒虚警检测理论能够在信噪比很低的情况下，以恒定的虚警率完成判决，具有很强的抗干扰能力。

综上，通过上述仿真实验，验证了本发明实施例的恒虚警检测方法具有较高的正确性、有效性及可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所述量子探测恒虚警检测方法包括：

步骤1、对滤除杂散光的水平偏振光进行自发参量下转换得到纠缠双光子信号，所述纠缠双光子信号包括信号光束和参考光束，所述信号光束和所述参考光束的偏振方向互相垂直；

步骤2、将汇聚的所述信号光束入射至目标所产生的目标反射信号转换为第一电脉冲信号，将所述参考光束转换为第二电脉冲信号；

步骤3、对所述第一电脉冲信号和所述第二电脉冲信号进行符合计数，得到符合计数值；

步骤4、将时间延迟窗口划分为N个单元，N个单元包括一个检测单元、4个保护单元和(N-5)个参考单元，所述检测单元为符合计数值之和最大的单元，所述保护单元为所述检测单元相邻的单元；

步骤5、在没有目标、只有噪声的情况下，根据第一符合概率计算公式得到第一符合概率；

步骤6、对所有所述参考单元的符合计数值做最大似然估计，得到噪声的均值；

步骤7、基于第一条件概率密度函数，在没有目标、只有噪声的情况下，根据所述噪声的均值得到所述符合计数值的第一条件概率密度；

步骤8、基于判决门限计算公式，根据所述第一条件概率密度和等效的虚警率得到判决门限值；

步骤9、对所述检测单元的符合计数值和判决门限值进行比较，得到比较结果；

步骤10、根据所述比较结果进行判决，若所述比较结果为所述符合计数值大于所述判决门限值，则判决结果为存在目标，若所述比较结果为所述符合计数值小于所述判决门限值，则所述判决结果为没有目标；

步骤11、基于第二条件概率密度函数，在有目标、有噪声的情况下，根据时间相关单光子计数器的第三符合概率得到所述符合计数值的第二条件概率密度，基于检测概率计算公式，根据所述符合计数值的第二条件概率密度得到检测概率；

步骤12、基于漏警概率计算公式，根据所述检测概率得到漏警概率。

2.根据权利要求1所述的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤4.1、以所述时间延迟窗口作为一维恒虚警检测的检测轴，将所述时间延迟窗口划分为N个单元，每个所述单元的大小与符合门宽的大小相等；

步骤4.2、采用滑窗法对所述时间延迟窗口内的符合计数值进行检测，将滑动窗口内符合计数值之和最大的单元作为检测单元，与所述检测单元左右相邻的4个单元作为保护单元，剩余的(N-5)个单元作为参考单元，其中，检测门窗长度等于符合门宽，滑动步长为时间相关单光子计数器的时间分辨率。

3.根据权利要求1所述的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所述第一符合概率计算公式为：

其中，

为单光子探测器的探测效率，

为噪声到达率，

为符合门宽，

为单光子探测器的死时间，

为理论上观测到的光子数与产生的纠缠双光子对数的比值。

4.根据权利要求1所述的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所属步骤6包括：

对所有所述参考单元的符合计数值做最大似然估计，得到所述符合计数值的期望，将所述符合计数值的期望作为所述噪声的均值。

5.根据权利要求1所述的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所述第一条件概率密度函数为：

其中，

为第一条件概率密度，

为符合计数值，

为没有目标、只有噪声的情况，

为噪声的均值，

为纠缠光子对的数量，

为第一符合概率。

6.根据权利要求1所述的量子探测恒虚警检测方法，其特征在于，所述步骤8包括：

步骤8.1、基于虚警率计算公式，根据恒虚警率得到等效的虚警率；

步骤8.2、基于判决门限计算公式，根据所述第一条件概率密度和所述等效的虚警率得到判决门限值。

7.一种基于纠缠态的量子探测恒虚警检测系统，其特征在于，权利要求1至6任一项所述的量子探测恒虚警检测方法利用所述量子探测恒虚警检测系统实现，所述量子探测恒虚警检测系统包括：

激光器，用于发射激光；

半波片，用于接收所述激光，调节所述激光的偏振状态，形成水平方向的水平偏振光；

滤波片，用于接收所述水平偏振光，滤除所述水平偏振光中的杂散光；

BBO晶体，用于接收滤除所述杂散光的水平偏振光，并对滤除所述杂散光的水平偏振光进行自发参量转换得到纠缠双光子信号，所述纠缠双光子信号包括信号光束和参考光束；

偏振分束器，用于将所述信号光束和所述参考光束分成两路；

透镜，用于对所述信号光束进行聚焦，形成汇聚的所述信号光束；

第一单光子探测器，用于接收汇聚的所述信号光束入射至目标所产生的目标反射信号，并将所述目标反射信号转换为第一电脉冲信号；

第二单光子探测器，用于接收所述参考光束，并将所述参考光束转换为第二电脉冲信号；

时间相关单光子计数器，用于接收所述第一电脉冲信号和所述第二电脉冲信号，并对所述第一电脉冲信号和所述第二电脉冲信号进行符合计数，得到时间延迟窗口的符合计数值；

恒虚警检测模块，用于接收所述时间延迟窗口的符合计数值，并根据所述符合计数值实现恒虚警检测。

8.根据权利要求7所述的量子探测恒虚警检测系统，其特征在于，所述恒虚警检测模块包括：

检测单元判决器，用于将所述时间延迟窗口划分为N个单元，N个单元包括一个检测单元、4个保护单元和(N-5)个参考单元，所述检测单元为符合计数值之和最大的单元，所述保护单元为所述检测单元相邻的单元；

比较器，用于对所述检测单元的符合计数值和判决门限值进行比较，得到比较结果；

判决器，用于根据所述比较结果进行判决，若所述比较结果为所述符合计数值大于所述判决门限值，则判决结果为存在目标，若所述比较结果为所述符合计数值小于所述判决门限值，则所述判决结果为没有目标。

Images