CN114978352A - 应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统及方法 - Google Patents

应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统及方法，包括：1个地面站，1个窃听无人机和1个合法无人机。地面站与合法无人机先在量子信道和合法公共信道上建立并共享一个安全密钥，随后使用该密钥来加密信息，窃听无人机在合法无人机周围窃听密钥。在弱强大气湍流下，应用Malaga(M)分布模型，综合考虑大气湍流、路径损耗、指向误差和到达角起伏对大气湍流信道的联合衰减作用，推导出系统安全误码率和安全密钥速率的闭合表达式，并采用蒙特卡罗方法验证数值仿真结果的正确性。本发明在地到无人机的自由空间光通信中引入连续变量量子密钥分发协议和高斯最小频移键控，在改善通信质量的基础上有效的提升了系统的安全性。

Description

应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统及方法
技术领域
本申请涉及无线光通信领域，具体地涉及一种应用连续变量量子密钥分发的地面到无人机自由空间光通信系统及方法。
背景技术
如今，无人机(Unmanned aerial vehicles，UAV)因其可以潜在的应用于6G、物联网、灾难救援等场景而受到广泛关注。传统中，地面站与无人机之间采用射频传输方式。然而，随着对频谱资源需求的不断提升，射频通信频谱短缺问题正变得日益严重。为解决上述问题与满足无人机通信系统对高速率的需求，自由空间光通信(Free Space Optical-Communication，FSO)因其具有传输速率高、安全性高、无需频谱许可等优点成为射频通信的理想替代方案。
为了充分利用UAV在无线通信系统中的优势，在地面端与UAV间建立一条安全、高速的数据链路是至关重要的。然而，由于光束发散、发射孔径与接收孔径之间不对准引起的指向性误差、大气湍流对光信号造成的衰落和悬停无人机的方向偏移造成的到达角起伏等因素的联合影响，FSO链路的系统性能会下降并且接收端的光信号可能被外部窃听者所窃听到。
为了提升FSO系统的性能，多种调制技术被使用。使用在无人机上常用调制技术有开关键控调制、脉冲调制和圆偏振调制。然而开关键控调制和脉冲调制的调制效率低，且抗干扰性能低。圆偏振调制所需的平均功率高，且系统复杂度高。
为了防止被外部窃听者窃听到信息，密钥协商协议是保证安全通信的有效手段。当前无人机所采用的密钥协商协议主要是基于公钥密码体制，其公钥密码系统一般采用Rivest-Shamir-Adleman(RSA)算法，这种算法是假设基于大整数的因式分解在计算上是不可能的。然而，当前利用量子计算机已经发现Shor算法能有效因式分解大整数。因此随着量子计算机的发展，将来RSA算法可能会被破解并危及公钥系统的安全。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统及方法，以提升存在窃听者的情况下地到无人机自由空间光通信系统通信安全性。本发明在地到无人机的自由空间光通信中引入连续变量量子密钥分发(CV-QKD)协议和GMSK调制，在提升系统通信性能的同时，有效的提高了系统的安全性，因而具有重要的理论意义和应用价值。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统，包括：
1个地面站，包括1个能发射两种波长的激光器，其中一种波长λq用于将1个随机比特序列产生器产生的比特序列先通过1个带调制深度的高斯最小频移键控(GMSK)调制器，再经过1个马赫增德尔调制器(MZM)进行电光转换后，通过1个发射天线经量子信道发送给合法无人机，另一种波长λp用于将使用安全密钥加密的传输数据先通过1个GMSK调制器，再经过1个MZM进行电光转换后，通过1个发射天线经合法公共信道发送给合法无人机；该地面站还装配有1个接收天线来接收合法无人机的光信号，该光信号经过光电探测器(PIN)进行光电转换与GMSK解调器解调后得到输出信号，该输出信号包含生成原始密钥的时间间隙信息或共享密钥信息，其中，经量子信道与合法公共信道的光信号受大气湍流影响；
1个合法无人机，包括1个用于接收光信号的接收天线，将接收到的光信号通过1个用于区分不同波长激光束的陷波滤波器、1个PIN和1个GMSK解调器后得到输出信号，所述GMSK解调器有两种解调方式，对λq波长的光束进行的是带阈值的解调得到的是原始密钥信息，对λp波长的光束进行的是正常解调得到的是用安全密钥加密后的数据信号，该合法无人机还将不能生成原始密钥的时间间隙信息、共享密钥信息和纠错信息通过1个GMSK调制器与λp波长的光束进行电光转换后经合法公共信道发送给地面站，所述电光转换通过1个MZM完成，其中经合法公共信道的光信号受大气湍流影响；
1个窃听无人机，用于窃听经量子信道和合法公共信道传输的密钥信息与加密的数据。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信方法，包括：
(1)在地面站对要发送的随机比特序列进行GMSK调制，所述GMSK调制具有一个调制深度来使两个信号具有部分重叠，再经过1个MZM与λq波长的激光进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经量子信道传给合法无人机。
(2)合法无人机通过1个接收天线来接收上述光信号，该光信号在经过1个陷波滤波器来区分不同波长的激光束、1个PIN和1个GMSK解调器后得到原始密钥，所述GMSK解调器进行带阈值的解调；
(3)合法无人机将上述不能生成原始密钥的时间间隙信息进行GMSK调制并通过1个MZM与λp波长的激光进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经合法公共信道传给地面站，地面站通过1个接收天线来接收上述光信号，并将该光信号进行光电转换和GMSK解调后得到合法无人机不能生成原始密钥的时间间隙信息，地面站随即抛弃相对应时间间隙的比特，从而地面站与合法无人机形成共享密钥；
(4)合法无人机随后将随机选择一部分共享密钥信息并将选择过程信息与所选的密钥进行GMSK调制并通过1个MZM与λp波长的激光进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经合法公共信道传给地面站。地面站通过1个接收天线来接收上述光信号，并将该光信号进行光电转换和GMSK解调后得到合法无人机传输的信息，地面站根据选择过程信息随即选择相应位的密钥并结合接收到的密钥计算量子信道的安全误码率从而判断是否存在窃听者，若存在窃听者则丢弃形成的共享密钥；
(5)否则，合法无人机将纠错信息进行GMSK调制并通过1个MZM与λp波长的激光进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经合法公共信道传给地面站，地面站通过1个接收天线来接收上述光信号，并将该光信号进行光电转换和GMSK解调后得到合法无人机传输的纠错信息，然后地面站根据纠错信息来纠正自己的共享密钥，这一过程后地面站与合法无人机拥有相同的共享密钥；
(6)地面站与合法无人机进行私密放大，即它们随机选择一个hashing函数并将上述共享密钥作为输入，最终得到安全密钥；
(7)地面站将所述安全密钥与要传输的数据进行加密算法处理后经过1个GMSK调制器、1个MZM进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经合法公共信道发送给合法无人机，合法无人机通过1个接收天线对接收到的上述光信号依次进行区分波长、光电转换、GMSK解调和解密后得到数据信息。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本申请在地面到无人机FSO系统中采用了CV-QKD和GMSK技术，该系统通过对地面站产生的随机比特序列进行带调制深度的GMSK调制使信号之间具有部分重叠，在合法无人机上通过采用带阈值的GMSK解调来得到原始密钥，在地面站利用合法无人机不能生成原始密钥的时间间隙信息来得到共享密钥，再经过计算量子误码率、纠错和私密放大过程，最终形成安全密钥。且原始密钥通过量子信道获得，共享密钥通过合法公共信道获得。因此，该系统有效增加了窃听者窃听密钥的难度，进而达到了提升系统的安全性效果，且该系统易于在标准光通信技术的基础上构建。在该FSO系统中所有信号都采用GMSK调制，克服了开关键控调制和脉冲调制抗干扰性能低的问题与圆偏振调制系统复杂度高的问题，进而有效提升了系统抗大气湍流能力，且GMSK调制在实际应用中实现起来也较简单。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本发明实施例的一种应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统的示意图；
图2是本发明实施例中的地面站与合法无人机装置的图示；
图3是本发明实施例中的CV-QKR的地到无人机FSO系统在弱强大气湍流下的安全误码率的数值仿真和蒙特卡罗验证图；
图4是本发明实施例中的CV-QKR的地到无人机FSO系统在弱大气湍流下的密钥速率的数值仿真和蒙特卡罗验证图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
图1为本发明实施例的一种应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统的示意图，该系统包括：
1个地面站，包括1个能发射两种波长的激光器，其中一种波长为775nm用于将1个随机比特序列产生器产生的比特序列先通过1个带调制深度的GMSK调制器，再经过1个马赫增德尔调制器(MZM)进行电光转换后，通过1个发射天线经量子信道发送给合法无人机，另一种波长为1550nm用于将加密的传输数据先通过1个GMSK调制器，再经过1个MZM进行电光转换后，通过1个发射天线经合法公共信道发送给合法无人机；采用两种波长的光束便于区分是来自量子信道的光束还是合法公共信道的光束，同时也便于无人机根据不同的光束进行不同的GMSK解调；该地面站还装配有1个接收天线来接收合法无人机的光信号，该光信号经过光滤波器过滤干扰信号、PIN进行光电转换、GMSK解调器解调和DSP数字信号处理后得到输出信号，该输出信号有三种，分别为生成原始密钥的时间间隙信息、共享密钥信息和纠错信息。其中，经量子信道与合法公共信道的光信号受大气湍流影响；
1个合法无人机，包括1个用于接收光信号的接收天线，再通过1个用于区分不同波长光束的陷波滤波器、1个光滤波器过滤干扰信号、1个PIN进行光电转换、1个GMSK解调器解调和1个DSP进行数字信号处理后得到输出信号。所述GMSK解调有两种方式，对775nm波长的光束进行的是带阈值的解调得到的是原始密钥信息，对1550nm波长的光束进行的是正常解调得到的是加密后的数据信号。该合法无人机还将不能生成原始密钥的时间间隙信息、共享密钥信息和纠错信息通过1个GMSK调制器与1550nm波长的光束进行电光转换后，通过1个发射天线经合法公共信道发送给地面站，所述电光转换通过1个MZM完成，其中经合法公共信道的光信号受大气湍流影响；
1个窃听无人机，用于窃听经量子信道和合法公共信道传输的密钥信息与加密的数据。在该系统中原始密钥通过量子信道获得，共享密钥及加密后的数据通过合法公共信道获得。系统的调制方式为GMSK，采用相干探测的方式。其中，大气湍流信道采用M分布模型，并且综合考虑大气湍流光强辐照度、路径损耗、地面站与合法无人机收发天线未对准产生的指向误差和悬停无人机的方位偏差造成的到达角起伏对大气湍流信道的联合衰减影响。该应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统易于在标准光通信技术的基础上构建，且具有较高的安全密钥速率与抗大气湍流能力。
系统中地面站与无人机通信装置如图2所示，在地面站对输入的随机比特序列进行带调制深度的GMSK调制，再使用775nm的激光对其进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经量子信道发送给合法无人机，这一过程中存在1个窃听无人机来窃取密钥。合法无人机通过1个接收天线来接收上述光信号，并将所述光信号先通过1个陷波滤波器来区分不同的波长，区分开的光束再经过1个光滤波器与1个PIN进行光电转换后转变为电信号，所述电信号最后经过1个带阈值的GMSK解调器与1个DSP处理后得到原始密钥。将不能生成原始密钥的时间间隙信息通过1个GMSK调制器和1个MZM进行电光转换后加载到1550nm的激光束，最后通过1个发射天线经合法公共信道传给地面站。地面站通过1个接收天线来接收上述光信号，并使其通过1个光滤波器、1个PIN、1个GMSK解调器和1个DSP后得到不能生成原始密钥的时间间隙信息，并利用此信息形成共享密钥。随后地面站与合法无人机选择部分密钥信息在合法公共信道上公开，并判断是否存在窃听者。若不存在则地面站与合法无人机进行纠错和私密放大从而形成安全密钥。地面站将所述安全密钥与要传输的数据进行加密算法处理后经过1个GMSK调制器、1个MZM进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经合法公共信道发送给合法无人机，所述电光转换采用1550nm波长的光束。合法无人机通过1个接收天线来接收上述光信号，并依次通过1个陷波滤波器、1个光滤波器、1个PIN、1个GMSK解调器、1个DSP和解密后得到数据信息。
该应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统易于在标准光通信技术的基础上构建且具有较高的安全密钥速率与抗大气湍流能力。
本发明实施基于应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信方法，步骤如下：
(1)在地面站对要发送的随机比特序列进行GMSK调制，所述GMSK调制具有一个调制深度来使两个信号具有部分重叠从而增加窃听者解调信息的难度，再经过电光转换将电信号调制到775nm波长的光载波上，最后通过1个发射天线经量子信道传给合法无人机。
(2)合法无人机通过1个接收天线来接收上述光信号，该光信号在依次经过区分波长、光滤波、光电转换、GMSK解调和数字信号处理后得到原始密钥，此处进行GMSK解调时，解调器会设立两个阈值t1和t2，当探测值x<t1时判为0，x>t2时判为1，其它值则不创建比特从而形成原始密钥，通过这种方式进一步减小了窃听者正确解调信息的可能性，增强了原始密钥的安全性；
(3)合法无人机将上述生成原始密钥过程中不能创建密钥比特的时间间隙信息进行GMSK调制并经过电光转换将电信号调制到1550nm波长的光载波上，通过1个发射天线经合法公共信道传给地面站。地面站通过1个接收天线来接收上述光信号，并将该光信号依次进行光滤波、光电转换、GMSK解调和数字信号处理后得到合法无人机不能生成原始密钥比特的时间间隙信息，地面站随即抛弃相对应时间间隙的比特，从而地面站与合法无人机形成共享密钥；
(4)合法无人机随后将随机选择一部分共享密钥比特并将选择过程信息与密钥比特进行GMSK调制，在经过电光转换后将电信号调制到1550nm波长的光载波上，通过1个发射天线经合法公共信道发送给地面站。地面站通过1个接收天线来接收上述该光信号，并将该光信号进行光滤波、光电转换、GMSK解调和数字信号处理后得到合法无人机传输的信息，地面站根据择过程信息随即选择相应位的密钥比特并结合接收到的密钥比特计算量子信道的安全误码率从而判断是否存在窃听者，若存在窃听者则丢弃形成的共享密钥；
(5)否则，合法无人机将纠错信息进行GMSK调制，在经过电光转换后将电信号调制到1550nm波长的光载波上，通过1个发射天线经合法公共信道传给地面站，地面站通过1个接收天线来接收上述光信号，并将该光信号依次进行光滤波、光电转换、GMSK解调和数字信号处理后得到合法无人机传输的纠错信息，然后地面站根据纠错信息来纠正自己的密钥比特序列，这一过程后地面站与合法无人机拥有相同的共享密钥；
(6)地面站与合法无人机进行私密放大，即它们随机选择一个hashing函数并将上述比共享密钥作为输入，最终得到安全密钥；
(7)地面站将所述安全密钥与要传输的数据进行加密算法处理后经过GMSK调制与电光转换后将电信号调制到1550nm波长的光载波上，通过1个发射天线经合法公共信道发送给合法无人机。合法无人机通过1个接收天线对接收到的上述光信号依次进行区分波长、光滤波、光电转换、GMSK解调、数字信号处理和解密后得到数据信息。
通过上述步骤可见，该应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统具有较高的安全性与抗大气湍流能力。
基于以上分析，连续变量量子密钥分发协议的GMSK地到无人机FSO系统可以建立传输模型：
y＝RPthx+n
其中，y为输出信号，h表示通信系统的衰减因子，R表示光电探测器的探测效率，x是输入信号，n是均值为0，方差为σ的加性高斯白噪声。
综合考虑大气湍流、路径损耗、指向误差和到达角起伏对大气湍流信道的联合衰减作用，则该系统的联合信道模型为h＝hahlhpht，其中，ha为大气湍流、hl为路径损耗、hp为指向误差，ht为到达角起伏。采用M分布模型对大气湍流信道进行建模，联合衰减信道的概率密度函数为：
Figure BDA0003643699870000091
Figure BDA0003643699870000101
Figure BDA0003643699870000102
Figure BDA0003643699870000103
Figure BDA0003643699870000104
其中，A0为径向距离等于零时的接收功率，Γ()为Gamma函数，α是一个在散射过程中关于大尺度单元有效数量的正参数，β是一个自然数，表示衰落参数的数量，
Figure BDA0003643699870000105
是传播轴上的涡旋散射的准正向散射分量，g表示经典散射分量
Figure BDA0003643699870000106
的平均功率，Ω￠表示相干平均功率的贡献，
Figure BDA0003643699870000107
wzeq为光波束宽度，σt为抖动标准方差，s为轴视位移，σs为地面站与合法无人机的位置偏移方差，θFov是接收端的视场角，
Figure BDA0003643699870000108
是合法无人机的方位偏差方差。
连续变量量子密钥分发协议的地到无人机系统采用GMSK调制方式，则系统误码率为：
Figure BDA0003643699870000109
上式中，erfc(x)为补充误差函数，μ为平均信噪比被定义为：
Figure BDA00036436998700001010
其中，
Figure BDA00036436998700001011
是散射噪声方差，
Figure BDA00036436998700001012
是背景噪声方差，
Figure BDA00036436998700001013
是热噪声方差，Pt是发射功率，＜T＞是平均信道透射率，ε是大气信道的额外噪声，vel是电子噪声。
则联合衰减信道的平均安全误码率为：
Figure BDA00036436998700001014
则连续变量量子密钥分发协议的GMSK调制地到无人机系统的平均安全误码率可推导为：
Figure BDA0003643699870000111
在集体攻击下，连续变量量子密钥分发协议的GMSK调制地到无人机系统的原始密钥速率与安全密钥速率分别表示为：
Rrk＝(1-QBER)＜T＞βrIAB
Rsk＝(1-QBER)＜T＞(βrIAB-χEB)
Figure BDA0003643699870000112
其中，βr为协调效率，IAB为地面站与合法无人机之间的香农互信息量，χEB为窃听无人机可能获得的密钥信息。
则连续变量量子密钥分发协议的GMSK调制地到无人机系统的原始密钥速率与安全密钥速率可推导为：
Figure BDA0003643699870000113
Figure BDA0003643699870000114
其中，am为广义拉盖尔多项式
Figure BDA0003643699870000115
的第m个根。
为了验证本发明所提出的一种连续变量量子密钥分发协议的GMSK调制地到无人机
自由空间光通信方法，先通过数值仿真进行验证，并且使用蒙特卡罗方法验证数据仿真结果的正确性。FSO系统在弱强大气湍流条件下采用M分布模型，弱强大气湍流的Rytov方差分别取σRytov＝0.5和σRytov＝3，地面站与合法无人机之间的距离为L＝500m，发射直径与接收直径为DT＝0.1m和DR＝0.1m，视距和耦合到视距散射项的确定相位之差为φA-φB＝0.5p，协调效率为βr＝0.9，光电探测器的探测效率R＝0.75，附加噪声ε＝0.05SNU，电子噪声vel＝0.01SNU，路径损耗hl＝0.9。
连续变量量子密钥分发协议的GMSK调制地到无人机自由空间光通信系统的安全误码率性能在弱强湍流下随着发射功率变化数值仿真和蒙特卡罗验证图如图3所示，系统中接收端的视场角分别为7.5mrad和15mrad。从图中可看出，蒙特卡罗仿真和数值分析曲线完美匹配，安全误码率随着发射功率的增大而逐渐减小。比较视场角相同，湍流强度不同的曲线在固定发射功率的安全误码率可得，随着大气湍流的增强，系统安全误码率增加。比较湍流强度相同，视场角不同的曲线在在固定发射功率的安全误码率可得，增加视场角能有效降低系统的安全误码率。
连续变量量子密钥分发协议的GMSK调制地到无人机自由空间光通信系统的密钥速率在弱湍流下随着发射功率变化数值仿真和蒙特卡罗验证图如图4所示，系统中接收端的视场角为15mrad，信道平均透射率分别为0.6，0.9。从图中可看出，蒙特卡罗仿真和数值分析曲线完美匹配，随着发射功率的增加，原始密钥与安全密钥速率随之增加。比较信道平均透射率相同的各曲线在固定发射功率处的密钥速率，随着发射功率的增加，密钥速率都显著增加并且安全密钥速率始终低于原始密钥速率。比较密钥速率相同的各曲线在不同信道平均透射率处的发射功率变化，随着信道平均透射率的增加，原始密钥与安全密钥所需的发射功率降低。因此在实际工程应用中可以通过提升信道平均透射率来提高密钥速率。
研究结果表明，在地到无人机自由空间光通信系统中引入连续变量量子密钥分发协议和GMSK调制能有效抑制大气湍流的影响并减小被被窃听的可能。因此，采用连续变量量子密钥分发协议的GMSK调制地到无人机自由空间光通信系统在改善通信质量的基础上有效提升了安全性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (2)

1.一种应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信系统，其特征在于，包括：
1个地面站，包括1个能发射两种波长的激光器，其中一种波长λq用于将1个随机比特序列产生器产生的比特序列先通过1个带调制深度的高斯最小频移键控(GMSK)调制器，再经过1个马赫增德尔调制器(MZM)进行电光转换后，通过1个发射天线经量子信道发送给合法无人机，另一种波长λp用于将使用安全密钥加密的传输数据先通过1个GMSK调制器，再经过1个MZM进行电光转换后，通过1个发射天线经合法公共信道发送给合法无人机；该地面站还装配有1个接收天线来接收合法无人机的光信号，该光信号经过光电探测器(PIN)进行光电转换与GMSK解调器解调后得到输出信号，该输出信号包含生成原始密钥的时间间隙信息或共享密钥信息，其中，经量子信道与合法公共信道的光信号受大气湍流影响；
1个合法无人机，包括1个用于接收光信号的接收天线，将接收到的光信号通过1个用于区分不同波长激光束的陷波滤波器、1个PIN和1个GMSK解调器后得到输出信号，所述GMSK解调器有两种解调方式，对λq波长的光束进行的是带阈值的解调得到的是原始密钥信息，对λp波长的光束进行的是正常解调得到的是用安全密钥加密后的数据信号，该合法无人机还将不能生成原始密钥的时间间隙信息、共享密钥信息和纠错信息通过1个GMSK调制器与λp波长的光束进行电光转换后经合法公共信道发送给地面站，所述电光转换通过1个MZM完成，其中经合法公共信道的光信号受大气湍流影响；
1个窃听无人机，用于窃听经量子信道和合法公共信道传输的密钥信息与加密的数据。
2.一种应用量子密钥分发的无人机自由空间光通信方法，其特征在于，包括：
(1)在地面站对要发送的随机比特序列进行GMSK调制，所述GMSK调制具有一个调制深度来使两个信号具有部分重叠，再经过1个MZM与λq波长的激光进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经量子信道传给合法无人机。
(2)合法无人机通过1个接收天线来接收上述光信号，该光信号在经过1个陷波滤波器来区分不同波长的激光束、1个PIN和1个GMSK解调器后得到原始密钥，所述GMSK解调器进行带阈值的解调；
(3)合法无人机将上述不能生成原始密钥的时间间隙信息进行GMSK调制并通过1个MZM与λp波长的激光进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经合法公共信道传给地面站，地面站通过1个接收天线来接收上述光信号，并将该光信号进行光电转换和GMSK解调后得到合法无人机不能生成原始密钥的时间间隙信息，地面站随即抛弃相对应时间间隙的比特，从而地面站与合法无人机形成共享密钥；
(4)合法无人机随后将随机选择一部分共享密钥信息并将选择过程信息与所选的密钥进行GMSK调制并通过1个MZM与λp波长的激光进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经合法公共信道传给地面站。地面站通过1个接收天线来接收上述光信号，并将该光信号进行光电转换和GMSK解调后得到合法无人机传输的信息，地面站根据选择过程信息随即选择相应位的密钥并结合接收到的密钥计算量子信道的安全误码率从而判断是否存在窃听者，若存在窃听者则丢弃形成的共享密钥；
(5)否则，合法无人机将纠错信息进行GMSK调制并通过1个MZM与λp波长的激光进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经合法公共信道传给地面站，地面站通过1个接收天线来接收上述光信号，并将该光信号进行光电转换和GMSK解调后得到合法无人机传输的纠错信息，然后地面站根据纠错信息来纠正自己的共享密钥，这一过程后地面站与合法无人机拥有相同的共享密钥；
(6)地面站与合法无人机进行私密放大，即它们随机选择一个hashing函数并将上述共享密钥作为输入，最终得到安全密钥；
(7)地面站将所述安全密钥与要传输的数据进行加密算法处理后经过1个GMSK调制器、1个MZM进行电光转换后转换为光信号，通过1个发射天线经合法公共信道发送给合法无人机，合法无人机通过1个接收天线对接收到的上述光信号依次进行区分波长、光电转换、GMSK解调和解密后得到数据信息。
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