CN113656983B - 复杂目标量子成像仿真方法、装置、计算设备及介质 - Google Patents

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CN113656983B CN202111008980.6A CN202111008980A CN113656983B CN 113656983 B CN113656983 B CN 113656983B CN 202111008980 A CN202111008980 A CN 202111008980A CN 113656983 B CN113656983 B CN 113656983B
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Abstract

本发明提供了一种复杂目标量子成像仿真方法、装置、计算设备及介质，其中方法包括：根据量子电磁波的入射属性，将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函；其中，所述入射量子电磁波的状态矢量所对应的表示形式中包括叠加系数；根据所述入射量子电磁波的状态矢量和所述平面波产生算符，对所述表示形式中的所述叠加系数进行计算；获取复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数；根据所述叠加系数和所述复散射系数获取散射量子电磁波的状态矢量；根据所述散射量子电磁波的状态矢量计算得到关联函数强度分布结果。本方案，能够实现对复杂目标的量子成像的仿真。

Description

复杂目标量子成像仿真方法、装置、计算设备及介质
技术领域
本发明实施例涉及仿真技术领域，特别涉及一种复杂目标量子成像仿真方法、装置、计算设备及介质。
背景技术
相比于传统的光学成像，量子成像具有分辨率高、信噪比高、特征信息丰富等优点。对目标的量子成像结果进行仿真，对于搭建测量设备和设计成像算法具有指导性意义。
现有量子成像仿真方法是根据量子理论进行计算，由于量子理论不具备大规模的数值计算能力，仅可用于处理材质单一、外形规则(分层介质平板/圆柱/球)的简单目标，而绝大多部分目标都属于由多种材质构成、具有不规则几何外形的复杂目标。因此，现有量子成像仿真方法无法实现对复杂目标的量子成像的仿真。
发明内容
本发明实施例提供了一种复杂目标量子成像仿真方法、装置、计算设备及介质，能够实现对复杂目标的量子成像的仿真。
第一方面，本发明实施例提供了一种复杂目标量子成像仿真方法，包括：
根据量子电磁波的入射属性，将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函；其中，所述入射量子电磁波的状态矢量所对应的表示形式中包括叠加系数；
根据所述入射量子电磁波的状态矢量和所述平面波产生算符，对所述表示形式中的所述叠加系数进行计算；
获取复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数；
根据所述叠加系数和所述复散射系数获取散射量子电磁波的状态矢量；
根据所述散射量子电磁波的状态矢量计算得到关联函数强度分布结果。
优选地，所述将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函，包括：
Figure GDA0004182420740000021
其中，|in>为所述入射量子电磁波的状态矢量；
Figure GDA0004182420740000022
为所述平面波产生算符；
Figure GDA0004182420740000023
为所述叠加系数；|0>为真空态；/>
Figure GDA0004182420740000024
为入射量子电磁波的波矢量；s为入射量子电磁波的极化；n为整数。
优选地，所述对所述表示形式中的所述叠加系数进行计算，包括：
构建平面波产生算符
Figure GDA0004182420740000025
使之满足对易关系；
根据量子成像的精度要求，将由所述入射量子电磁波的波矢量张成的相空间均匀划分为N等份，每一个等份的相空间为
Figure GDA0004182420740000026
其中，N为正整数；/>
针对每一个等份的相空间构建对应的平面波产生算符
Figure GDA0004182420740000027
将N等份中每一个等份的相空间对应的平面波产生算符
Figure GDA0004182420740000028
之和，确定为平面波产生算符/>
Figure GDA0004182420740000029
的值；
利用如下公式计算所述叠加系数：
Figure GDA00041824207400000210
其中，<0|与|0>互为共轭，
Figure GDA00041824207400000211
是/>
Figure GDA00041824207400000212
的厄米共轭算符。
优选地，所述获取复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数，包括：
计算所述复杂目标对经典平面电磁波的角向复散射系数
Figure GDA00041824207400000213
其中，Ω为散射立体角；s′为散射量子电磁波的极化；
对所述角向复散射系数
Figure GDA00041824207400000214
进行如下积分变换，得到所述复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数/>
Figure GDA00041824207400000215
Figure GDA00041824207400000216
其中，Y(Ω；l,m)为球谐函数，Y*(Ω；l,m)是Y(Ω；l,m)的共轭复数；(l,m)为散射量子电磁波的角量子数。
优选地，所述计算所述复杂目标对经典平面电磁波的角向复散射系数
Figure GDA0004182420740000031
包括：
根据量子成像的精度要求，将由所述散射立体角Ω张成的相空间均匀划分为M等份，每一个等份的相空间为{Ωj}(j∈Z)；其中，M为正整数；
利用射线追踪法计算每一个等份的相空间对应的角向复散射系数
Figure GDA0004182420740000032
将M等份中每一个等份的相空间对应的角向复散射系数
Figure GDA0004182420740000033
之和，确定为角向复散射系数/>
Figure GDA0004182420740000034
的值。
优选地，所述根据所述叠加系数和所述复散射系数获取散射量子电磁波的状态矢量，包括：
利用如下公式计算所述散射量子电磁波的状态矢量：
Figure GDA0004182420740000035
其中，|out>为所述散射量子电磁波的状态矢量，
Figure GDA0004182420740000036
为球面波产生算符。
优选地，所述根据所述散射量子电磁波的状态矢量计算得到关联函数强度分布结果，包括：
利用如下公式计算得到关联函数强度分布结果g(θ,φ)：
Figure GDA0004182420740000037
其中，|out>为所述散射量子电磁波的状态矢量，(θ,φ)为散射方位角，<out|与|out>互为共轭；
Figure GDA0004182420740000038
为关联函数算符。
第二方面，本发明实施例还提供了一种复杂目标量子成像仿真装置，包括：
函数表达单元，用于根据量子电磁波的入射属性，将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函；其中，所述入射量子电磁波的状态矢量所对应的表示形式中包括叠加系数；
叠加系数计算单元，用于根据所述入射量子电磁波的状态矢量和所述平面波产生算符，对所述表示形式中的所述叠加系数进行计算；
复散射系数获取单元，用于获取复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数；
散射状态矢量确定单元，用于根据所述叠加系数和所述复散射系数获取散射量子电磁波的状态矢量；
结果计算单元，用于根据所述散射量子电磁波的状态矢量计算得到关联函数强度分布结果。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。
本发明实施例提供了一种复杂目标量子成像仿真方法、装置、计算设备及介质，利用量子电磁波与经典电磁波的相关性，基于经典电磁波的计算技术，对量子电磁波的参数进行处理，最终计算得到的关联函数强度分布结果即为仿真结果。可见本方案能够实现对复杂目标的量子成像的仿真。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种复杂目标量子成像仿真方法流程图；
图2是本发明一实施例提供的一种计算设备的硬件架构图；
图3是本发明一实施例提供的一种复杂目标量子成像仿真装置结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
量子电磁波和经典电磁波所满足的方程不同，经典电磁波满足麦克斯韦方程，量子电磁波较为复杂，且没有直接的数值解法。在对量子成像进行仿真时，量子电磁波照射到目标上之后，现有技术方案无法预测会接收到怎样的信号，且没有数值计算能量。考虑到量子电磁波与经典电磁波的相关性，可以开发基于经典电磁波的计算技术，对量子电磁波的参数进行处理，以实现对复杂目标的量子成像的仿真。
下面描述以上构思的具体实现方式。
请参考图1，本发明实施例提供了一种复杂目标量子成像仿真方法，该方法包括：
步骤100，根据量子电磁波的入射属性，将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函；其中，该入射量子电磁波的状态矢量所对应的表示形式中包括叠加系数；
步骤102，根据该入射量子电磁波的状态矢量和该平面波产生算符，对该表示形式中的该叠加系数进行计算；
步骤104，获取复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数；
步骤106，根据该叠加系数和该复散射系数获取散射量子电磁波的状态矢量；
步骤108，根据该散射量子电磁波的状态矢量计算得到关联函数强度分布结果。
本发明实施例中，利用量子电磁波与经典电磁波的相关性，基于经典电磁波的计算技术，对量子电磁波的参数进行处理，最终计算得到的关联函数强度分布结果即为仿真结果。可见本方案能够实现对复杂目标的量子成像的仿真。
下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
首先，针对步骤100，根据量子电磁波的入射属性，将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函；其中，该入射量子电磁波的状态矢量所对应的表示形式中包括叠加系数。
在利用量子电磁波对复杂目标的量子成像进行仿真时，需要向复杂目标发射量子电磁波，因为发射的量子电磁波是由量子电磁波仪器产生并发射的，因此对于复杂目标来说，量子电磁波的入射属性是已知的，即入射量子电磁波的状态矢量是已知的。其中，该入射属性包括类型、频段和极化中的至少一种。类型包括Fock态、相干态、压缩态等。
在本发明一个实施例中，可以将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函，具体地的表达形式如下：
Figure GDA0004182420740000061
其中，|in>为入射量子电磁波的状态矢量；
Figure GDA0004182420740000062
为平面波产生算符；/>
Figure GDA0004182420740000063
为叠加系数；|0>为真空态；/>
Figure GDA0004182420740000064
为入射量子电磁波的波矢量；s为入射量子电磁波的极化；n为整数。
需要说明的是，n与入射属性中的类型相关，可以取0、1、2、3、……、∞，当入射量子电磁波的类型确定之后，叠加系数
Figure GDA0004182420740000065
与n之间的关系便为已知量；/>
Figure GDA0004182420740000066
为入射量子电磁波的波矢量，与入射量子电磁波的频段相关，s为入射量子电磁波的极化，可见，该表达形式是根据入射属性得到的，因此，本实施例能够实现复杂目标对多类型、多频段、多极化的量子电磁波的成像仿真。
其中，叠加系数
Figure GDA0004182420740000067
可以表示为一个表格，该表格包括的内容为：/>
Figure GDA0004182420740000068
s分别具有对应取值时，得到/>
Figure GDA0004182420740000069
的值。
然后，针对步骤102，根据该入射量子电磁波的状态矢量和该平面波产生算符，对该表示形式中的该叠加系数进行计算。
在本发明一个实施例中，该叠加系数至少可以通过如下一种方式计算：
S20：构建平面波产生算符
Figure GDA00041824207400000610
使之满足对易关系。
构建平面波产生算符
Figure GDA00041824207400000611
使之对于任意三维实矢量/>
Figure GDA00041824207400000612
及任意r,r′∈{-1，1}，满足如下对易关系：
Figure GDA0004182420740000071
其中，
Figure GDA0004182420740000072
是/>
Figure GDA0004182420740000073
的厄米共轭算符，/>
Figure GDA0004182420740000074
为三维德尔塔函数，δrr′为克罗内克尔符号。
S21：根据量子成像的精度要求，将由所述入射量子电磁波的波矢量张成的相空间均匀划分为N等份，每一个等份的相空间为
Figure GDA0004182420740000075
其中，N为正整数。
其中，精度要求为要求的分辨率大小，或者是入射量子电磁波的波矢量的大小和角度的误差。在将相空间均匀划分时，可以按照最小分辨率将相空间划分为N等份。每一个等份的相空间属于一个正整数矢量，比如，(0，0，1)、(1，1，2)。
在本发明一个实施例中，将相空间划分成的N等份，N与最小分辨率的关系为：N-3正比于最小分辨率。
S22：针对每一个等份的相空间构建对应的平面波产生算符
Figure GDA0004182420740000076
其中，根据构建的平面波产生算符
Figure GDA0004182420740000077
在构建平面波产生算符/>
Figure GDA0004182420740000078
时，使得/>
Figure GDA0004182420740000079
满足上述对易关系。
因为平面波产生算符
Figure GDA00041824207400000710
是根据实际数据构建出来的，因此为已知量。
S23：将N等份中每一个等份的相空间对应的平面波产生算符
Figure GDA00041824207400000711
之和，确定为平面波产生算符/>
Figure GDA00041824207400000712
的值。
S24：利用如下公式计算所述叠加系数：
Figure GDA00041824207400000713
/>
其中，<0|与|0>互为共轭，
Figure GDA00041824207400000714
是/>
Figure GDA00041824207400000715
的厄米共轭算符。
在本发明一个实施例中，根据入射量子电磁波的状态矢量的表达形式可知，需要对平面波产生算符
Figure GDA00041824207400000716
进行积分，而积分是针对连续数值进行的，本实施例可以各等份点上的平面波产生算符/>
Figure GDA00041824207400000717
作为对平面波产生算符/>
Figure GDA0004182420740000081
的数值逼近，即将离散的平面波产生算符/>
Figure GDA0004182420740000082
的和确定为对平面波产生算符/>
Figure GDA0004182420740000083
的积分。如此可以将各等份上的叠加系数/>
Figure GDA0004182420740000084
作为对/>
Figure GDA0004182420740000085
的数值逼近。
接下来针对步骤104，获取复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数。
在本发明一个实施例中，可以通过如下方式计算复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数：
S41：计算该复杂目标对经典平面电磁波的角向复散射系数
Figure GDA0004182420740000086
其中，Ω为散射立体角；s′为散射量子电磁波的极化。
S42：对所述角向复散射系数
Figure GDA0004182420740000087
进行如下积分变换，得到所述复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数/>
Figure GDA0004182420740000088
Figure GDA0004182420740000089
其中，Y(Ω；l,m)为球谐函数，Y*(Ω；l,m)是Y(Ω；l,m)的共轭复数；(l,m)为散射量子电磁波的角量子数。
在本发明一个实施例中，步骤S41可以通过如下方式计算得到：
S411：根据量子成像的精度要求，将由所述散射立体角Ω张成的相空间均匀划分为M等份，每一个等份的相空间为{Ωj}(j∈Z)；其中，M为正整数。
需要说明的是，本步骤S411中量子成像的精度要求与步骤S21中相同。
需要说明的是，M可以等于N，也可以不等于N。
S412：利用射线追踪法计算每一个等份的相空间对应的角向复散射系数
Figure GDA00041824207400000810
将M等份中每一个等份的相空间对应的角向复散射系数
Figure GDA00041824207400000811
之和，确定为角向复散射系数/>
Figure GDA00041824207400000812
的值。
根据步骤S42中的公式可知，是通过对所述角向复散射系数
Figure GDA00041824207400000813
进行如下积分变换，得到复散射系数/>
Figure GDA00041824207400000814
因此，可以将各等份点上的角向复散射系数
Figure GDA00041824207400000815
作为对角向复散射系数/>
Figure GDA00041824207400000816
的数值的逼近。
在本发明一个实施例中，根据S42中的公式可知需要对角量子数(l,m)进行求和，而角量子数(l,m)存在无限个组，因此，需要选择使用前多个项组进行逼近，为降低计算工作量，可以根据成像精度选取(l,m)的最高阶数(lmax，mmax)。该最高阶数(lmax，mmax)根据步骤S42中的公式结合成像精度来确定，比如，lmax＝5,mmax＝11。最高阶数不同，表明选取的组数不同。当确定了最高阶数之后，可以只选取多个组中对应的前G项组的(l,m)进行计算，从而降低计算工作量。
继续针对步骤106，根据该叠加系数和该复散射系数获取散射量子电磁波的状态矢量。
在本发明一个实施例中，可以利用如下公式计算所述散射量子电磁波的状态矢量：
Figure GDA0004182420740000091
其中，|out>为所述散射量子电磁波的状态矢量，
Figure GDA0004182420740000092
为球面波产生算符。
其中，本步骤106中公式的球面波产生算符
Figure GDA0004182420740000093
可以通过如下方式进行计算：
首先构建球面波产生算符
Figure GDA0004182420740000094
使之对于任意三维实矢量/>
Figure GDA0004182420740000095
任意a,a′∈N+、b∈[-(2a+1),2a+1]、b′∈[-(2a′+1),2a′+1]满足如下对易关系：
Figure GDA0004182420740000096
其中，
Figure GDA0004182420740000097
是/>
Figure GDA0004182420740000098
的厄米共轭算符，/>
Figure GDA0004182420740000099
为三维德尔塔函数，δaa′、δbb′、δrr′为克罗内克尔符号。
然后根据步骤S21中划分好的相空间为
Figure GDA00041824207400000910
以各等份点上的球面波产生算符/>
Figure GDA00041824207400000911
作为对/>
Figure GDA00041824207400000912
的数值逼近，即构建每一个等份的球面波产生算符/>
Figure GDA00041824207400000913
使之满足本步骤106中的对易关系，将各等份的球面波产生算符/>
Figure GDA00041824207400000914
之和确定为/>
Figure GDA00041824207400000915
的值。
最后针对步骤108，根据该散射量子电磁波的状态矢量计算得到关联函数强度分布结果。
在本发明一个实施例中，可以利用如下公式计算得到关联函数强度分布结果g(θ,φ)：
Figure GDA0004182420740000101
其中，|out>为所述散射量子电磁波的状态矢量，(θ,φ)为散射方位角，<out|与|out>互为共轭；
Figure GDA0004182420740000102
为关联函数算符。
需要说明的是，
Figure GDA0004182420740000103
具体形式由选择的量子成像方式决定，该量子成像方式可以包括一阶关联函数成像、二阶关联函数成像，当量子成像方式确定之后，该/>
Figure GDA0004182420740000104
具体形式则可以确定，如此，通过上式即可计算得到关联函数强度分布结果g(θ,φ)。
在本发明一个实施例中，为了能够快速计算得到关联函数强度分布结果g(θ,φ)，可以将确定了具体形式的
Figure GDA0004182420740000105
展开为/>
Figure GDA0004182420740000106
和/>
Figure GDA0004182420740000107
的双线性组合，然后利用(l,m)的最高阶数保持在(lmax，mmax)，使用这一展开式计算给定(θ,φ)的g(θ,φ)。
本步骤中关联函数强度分布结果g(θ,φ)即为量子成像的仿真结果。
如图2、图3所示，本发明实施例提供了一种复杂目标量子成像仿真装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图2所示，为本发明实施例提供的一种复杂目标量子成像仿真装置所在计算设备的一种硬件架构图，除了图2所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的计算设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图3所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在计算设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种复杂目标量子成像仿真装置，包括：
函数表达单元301，用于根据量子电磁波的入射属性，将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函；其中，所述入射量子电磁波的状态矢量所对应的表示形式中包括叠加系数；
叠加系数计算单元302，用于根据所述入射量子电磁波的状态矢量和所述平面波产生算符，对所述表示形式中的所述叠加系数进行计算；
复散射系数获取单元303，用于获取复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数；
散射状态矢量确定单元304，用于根据所述叠加系数和所述复散射系数获取散射量子电磁波的状态矢量；
结果计算单元305，用于根据所述散射量子电磁波的状态矢量计算得到关联函数强度分布结果。
在本发明一个实施例中，所述函数表达单元301具体用于将入射量子电磁波的状态矢量表示为如下平面波产生算符的泛函：
Figure GDA0004182420740000111
其中，|in>为所述入射量子电磁波的状态矢量；
Figure GDA0004182420740000112
为所述平面波产生算符；
Figure GDA0004182420740000113
为所述叠加系数；|0>为真空态；/>
Figure GDA0004182420740000114
为入射量子电磁波的波矢量；s为入射量子电磁波的极化；n为整数。
在本发明一个实施例中，所述叠加系数计算单元302，具体用于构建平面波产生算符
Figure GDA0004182420740000115
使之满足对易关系；根据量子成像的精度要求，将由所述入射量子电磁波的波矢量张成的相空间均匀划分为N等份，每一个等份的相空间为/>
Figure GDA0004182420740000116
其中，N为正整数；
针对每一个等份的相空间构建对应的平面波产生算符
Figure GDA0004182420740000117
/>
将N等份中每一个等份的相空间对应的平面波产生算符
Figure GDA0004182420740000118
之和，确定为平面波产生算符/>
Figure GDA0004182420740000119
的值；
利用如下公式计算所述叠加系数：
Figure GDA00041824207400001110
其中，<0|与|0>互为共轭，
Figure GDA00041824207400001111
是/>
Figure GDA00041824207400001112
的厄米共轭算符。
在本发明一个实施例中，所述复散射系数获取单元303，具体用于计算所述复杂目标对经典平面电磁波的角向复散射系数
Figure GDA0004182420740000121
其中，Ω为散射立体角；s′为散射量子电磁波的极化；对所述角向复散射系数/>
Figure GDA0004182420740000122
进行如下积分变换，得到所述复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数/>
Figure GDA0004182420740000123
Figure GDA0004182420740000124
其中，Y(Ω；l,m)为球谐函数，Y*(Ω；l,m)是Y(Ω；l,m)的共轭复数；(l,m)为散射量子电磁波的角量子数。
在本发明一个实施例中，所述复散射系数获取单元303在执行计算所述复杂目标对经典平面电磁波的角向复散射系数
Figure GDA0004182420740000125
时，具体包括：
根据量子成像的精度要求，将由所述散射立体角Ω张成的相空间均匀划分为M等份，每一个等份的相空间为{Ωj}(j∈Z)；其中，M为正整数；
利用射线追踪法计算每一个等份的相空间对应的角向复散射系数
Figure GDA0004182420740000126
将M等份中每一个等份的相空间对应的角向复散射系数
Figure GDA0004182420740000127
之和，确定为角向复散射系数/>
Figure GDA0004182420740000128
的值。
在本发明一个实施例中，所述散射状态矢量确定单元304，具体用于利用如下公式计算所述散射量子电磁波的状态矢量：
Figure GDA0004182420740000129
其中，|out>为所述散射量子电磁波的状态矢量，
Figure GDA00041824207400001210
为球面波产生算符。
在本发明一个实施例中，所述结果计算单元305，具体用于利用如下公式计算得到关联函数强度分布结果g(θ,φ)：
Figure GDA00041824207400001211
其中，|out>为所述散射量子电磁波的状态矢量，(θ,φ)为散射方位角，<out|与|out>互为共轭；
Figure GDA00041824207400001212
为关联函数算符。
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种复杂目标量子成像仿真装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种复杂目标量子成像仿真装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。
上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种复杂目标量子成像仿真方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种复杂目标量子成像仿真方法。
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种复杂目标量子成像仿真方法，其特征在于，包括：
根据量子电磁波的入射属性，将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函；其中，所述入射量子电磁波的状态矢量所对应的表示形式中包括叠加系数；
根据所述入射量子电磁波的状态矢量和所述平面波产生算符，对所述表示形式中的所述叠加系数进行计算；
获取复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数；
根据所述叠加系数和所述复散射系数获取散射量子电磁波的状态矢量；
根据所述散射量子电磁波的状态矢量计算得到关联函数强度分布结果；
所述将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函，包括：
Figure FDA0004182420730000011
其中，|in>为所述入射量子电磁波的状态矢量；
Figure FDA0004182420730000012
为所述平面波产生算符；
Figure FDA0004182420730000013
为所述叠加系数；|0>为真空态；/>
Figure FDA0004182420730000014
为入射量子电磁波的波矢量；s为入射量子电磁波的极化；n为整数；
所述对所述表示形式中的所述叠加系数进行计算，包括：
构建平面波产生算符
Figure FDA0004182420730000015
使之满足对易关系；
根据量子成像的精度要求，将由所述入射量子电磁波的波矢量张成的相空间均匀划分为N等份，每一个等份的相空间为
Figure FDA0004182420730000016
其中，N为正整数；
针对每一个等份的相空间构建对应的平面波产生算符
Figure FDA0004182420730000017
将N等份中每一个等份的相空间对应的平面波产生算符
Figure FDA0004182420730000018
之和，确定为平面波产生算符/>
Figure FDA0004182420730000019
的值；
利用如下公式计算所述叠加系数：
Figure FDA00041824207300000110
其中，<0|与|0>互为共轭，
Figure FDA0004182420730000021
是/>
Figure FDA0004182420730000022
的厄米共轭算符。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数，包括：
计算所述复杂目标对经典平面电磁波的角向复散射系数
Figure FDA0004182420730000023
其中，Ω为散射立体角；s′为散射量子电磁波的极化；
对所述角向复散射系数
Figure FDA0004182420730000024
进行如下积分变换，得到所述复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数/>
Figure FDA0004182420730000025
/>
Figure FDA0004182420730000026
其中，Y(Ω；l,m)为球谐函数，Y*(Ω；l,m)是Y(Ω；l,m)的共轭复数；(l,m)为散射量子电磁波的角量子数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算所述复杂目标对经典平面电磁波的角向复散射系数
Figure FDA0004182420730000027
包括：
根据量子成像的精度要求，将由所述散射立体角Ω张成的相空间均匀划分为M等份，每一个等份的相空间为{Ωj}(j∈Z)；其中，M为正整数；
利用射线追踪法计算每一个等份的相空间对应的角向复散射系数
Figure FDA0004182420730000028
将M等份中每一个等份的相空间对应的角向复散射系数/>
Figure FDA0004182420730000029
之和，确定为角向复散射系数/>
Figure FDA00041824207300000210
的值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述叠加系数和所述复散射系数获取散射量子电磁波的状态矢量，包括：
利用如下公式计算所述散射量子电磁波的状态矢量：
Figure FDA00041824207300000211
其中，|out>为所述散射量子电磁波的状态矢量，
Figure FDA00041824207300000212
为球面波产生算符。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于，所述根据所述散射量子电磁波的状态矢量计算得到关联函数强度分布结果，包括：
利用如下公式计算得到关联函数强度分布结果g(θ,φ)：
Figure FDA0004182420730000031
其中，|out>为所述散射量子电磁波的状态矢量，(θ,φ)为散射方位角，<out|与|out>互为共轭；
Figure FDA0004182420730000038
为关联函数算符。
6.一种复杂目标量子成像仿真装置，其特征在于，包括：
函数表达单元，用于根据量子电磁波的入射属性，将入射量子电磁波的状态矢量表示为平面波产生算符的泛函；其中，所述入射量子电磁波的状态矢量所对应的表示形式中包括叠加系数；
叠加系数计算单元，用于根据所述入射量子电磁波的状态矢量和所述平面波产生算符，对所述表示形式中的所述叠加系数进行计算；
复散射系数获取单元，用于获取复杂目标对经典平面电磁波的复散射系数；
散射状态矢量确定单元，用于根据所述叠加系数和所述复散射系数获取散射量子电磁波的状态矢量；
结果计算单元，用于根据所述散射量子电磁波的状态矢量计算得到关联函数强度分布结果；
所述函数表达单元具体用于将入射量子电磁波的状态矢量表示为如下平面波产生算符的泛函：
Figure FDA0004182420730000032
其中，|in>为所述入射量子电磁波的状态矢量；
Figure FDA0004182420730000033
为所述平面波产生算符；
Figure FDA0004182420730000034
为所述叠加系数；|0>为真空态；/>
Figure FDA0004182420730000035
为入射量子电磁波的波矢量；s为入射量子电磁波的极化；n为整数；
所述叠加系数计算单元，具体用于构建平面波产生算符
Figure FDA0004182420730000036
使之满足对易关系；根据量子成像的精度要求，将由所述入射量子电磁波的波矢量张成的相空间均匀划分为N等份，每一个等份的相空间为/>
Figure FDA0004182420730000037
其中，N为正整数；
针对每一个等份的相空间构建对应的平面波产生算符
Figure FDA0004182420730000041
将N等份中每一个等份的相空间对应的平面波产生算符
Figure FDA0004182420730000042
之和，确定为平面波产生算符/>
Figure FDA0004182420730000043
的值；
利用如下公式计算所述叠加系数：
Figure FDA0004182420730000044
其中，<0|与|0>互为共轭，
Figure FDA0004182420730000045
是/>
Figure FDA0004182420730000046
的厄米共轭算符。
7.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-5中任一项所述的方法。
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