CN116400324B - 一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达 - Google Patents

一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达 Download PDF

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Abstract

本发明属于激光雷达技术领域，公开了一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，包括激光器LD、第一分束器BS1、第二分束器BS2、高斯调制模块、可调光衰减器VOA、环形器CIR、望远镜、偏振无关干涉仪、第一光电探测器PD1和第二光电探测器PD2。与现有技术相比，本发明使用高斯调制的相干态对目标探测，无需使用压缩光或纠缠源即可探测目标是否存在欺骗干扰。并且无需将信号衰减到每脉冲远小于1个光子，因此回波信号更强，无需使用单光子探测器，可应用于抗干扰成像。采用偏振无关干涉仪，可以省去主动偏振控制模块，降低了系统的复杂度。将本振光与量子态同路传输，可以消除自由空间信道引起的相位漂移，提高系统的稳定性。

Description

一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达。
背景技术
雷达在军事、民航、自动驾驶等领域具有非常重要的作用，相应的雷达对抗技术也在不断地推进。常见的雷达对抗技术包括欺骗干扰、压制干扰等，传统的雷达系统难以抵御。激光雷达采用伪随机调相、码分多址或混沌激光等技术，可以大幅提升探测精度和抗噪声干扰的能力。然而由于其使用经典信号，通过截取重发可以获取激光雷达信号的完整信息，从而实现对激光雷达的欺骗干扰。
量子雷达则利用量子态的特性，主要包括纠缠特性、单光子特性等，来探测欺骗干扰。如文献M. Malik, et al. Secure quantum LIDAR, Frontiers in Optics. OpticaPublishing Group, 2012: FM3C. 3.和Wang Q, et al. Pseudorandom modulationquantum secured lidar. Optik, 2015, 126(22): 3344-3348.利用经过偏振编码的衰减激光作为照射目标的量子态，如果目标对量子态进行截取、测量并重发，企图进行欺骗干扰，会导致在接收端引起较高的误码率，从而被发现。但是，该方案存在诸多问题，例如要求采用平均光子数远小于1（如单脉冲平均光子数为0.1）的弱脉冲作为探测信号，自由空间较大的传输损耗及散射会严重限制其作用距离。专利CN106932767A采用压缩光作为探测目标的信号，可以有效提高回波信号的大小，但是由于压缩光制备较为复杂，且需要进行光学参量放大，实用性不高。另外，由于从目标返回的光信号进入接收机的光纤中传输时偏振会发生变化，该方案需要使用动态偏振控制器来实时调节回波信号的偏振态，以保证相干探测的稳定性和准确性，增加了系统的复杂度。至于采用纠缠量子态的量子雷达，则由于纠缠源的亮度难以满足需要，且制备难度较大，因而现阶段不具备实用性。
发明内容
针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，包括：
激光器LD，用于产生脉冲光信号；
第一分束器BS1，用于将脉冲光信号分束成第一光信号和第二光信号；
高斯调制模块，用于对第一光信号的正则坐标X分量和正则动量P分量进行随机调制，使得两个分量满足相同的均值为0的高斯分布;
可调光衰减器VOA，用于将经高斯调制后的第一光信号衰减到预定强度，产生量子态信号；
第二分束器BS2，用于将量子态信号与作为本振光的第二光信号进行合束，使二者之间具有一定的延时且具有相同的偏振态；
环形器CIR，用于将量子态信号与本振光合束后形成的探测信号传输至望远镜；
望远镜，用于向目标发射探测信号，并用于接收从目标反射的回波信号；
所述环形器CIR还用于将回波信号传输至偏振无关干涉仪；
偏振无关干涉仪，所述偏振无关干涉仪包含长短臂，用于使回波信号中的本振光和量子态进行干涉，产生两路干涉信号；
所述环形器CIR还用于将其中一路干涉信号传输至第一光电探测器PD1；
第一光电探测器PD1与第二光电探测器PD2，所述第一光电探测器PD1和第二光电探测器PD2分别用于探测两路干涉信号，产生两路电信号被差分后得到回波测量信号；所述偏振无关干涉仪长臂中传输的光信号被随机调制相位0或π/2。
优选地，所述高斯调制模块包括幅度调制器AM、第一调相器PM1，所述幅度调制器AM用于调制光脉冲信号的幅度使其满足瑞利分布，所述第一调相器PM1用于调制第一光信号的相位使其满足均匀分布。
优选地，所述高斯调制模块包括第三分束器BS3和第二调相器PM2，所述第三分束器BS3的两个输出端口分别通过长度不等的保偏光纤连接第二调相器PM2的两端，构成第一萨格纳克环。
优选地，所述高斯调制模块为IQ调制器IQM。
优选地，所述偏振无关干涉仪包括第四分束器BS4、第三调相器PM3、第一法拉第镜FM1和第二法拉第镜FM2，所述第四分束器BS4的一个输出端口连接第一法拉第镜FM1；所述第四分束器BS4的另一个输出端口通过第三调相器PM3连接第二法拉第镜FM2。
优选地，所述偏振无关干涉仪包括第五分束器BS5、第一偏振分束器PBS1、90°法拉第旋转器FR和第四调相器PM4，所述第五分束器BS5的两个输出端口分别通过长度不同的单模光纤连接第一偏振分束器PBS1的两个输入端口；所述第一偏振分束器PBS1的两个输出端口分别通过长度相等的保偏光纤连接第四调相器PM4的两端，构成第二萨格纳克环；90°法拉第旋转器FR位于第二萨格纳克环内。
优选地，所述偏振无关干涉仪包括第二偏振分束器PBS2、第三偏振分束器PBS3、第六分束器BS6、第七分束器BS7和第五调相器PM5，所述第二偏振分束器PBS2的两个输出端口分别连接第六分束器BS6的一个输入端口和第七分束器BS7的一个输入端口；所述第三偏振分束器PBS3的两个输出端口分别连接第六分束器BS6的另一个输入端口和第七分束器BS7的另一个输入端口；所述第六分束器BS6的两个输出端口分别连接第七分束器BS7的两个输出端口，构成不等臂MZ干涉仪；所述第五调相器PM5位于不等臂MZ干涉仪的长臂上。
优选地，所述环形器CIR与偏振干涉仪之间还设置有带通滤波器，所述带通滤波器用于滤除杂散光等背景噪声。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明提出一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，使用高斯调制的相干态对目标探测，无需使用压缩光或纠缠源即可探测目标是否存在欺骗干扰。并且无需将信号衰减到每脉冲远小于1个光子，因此回波信号更强，无需使用单光子探测器，可应用于抗干扰成像。采用偏振无关干涉仪，可以省去主动偏振控制模块，降低了系统的复杂度。将本振光与量子态同路传输，可以消除自由空间信道引起的相位漂移，提高系统的稳定性。另外，本发明可利用现有成熟的光通信器件来实现，具有较高的实用性。
附图说明
图1为本发明偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达的原理框图；
图2为本发明偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达实施例一的原理框图；
图3为本发明偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达实施例二的原理框图；
图4为本发明偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达实施例三的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，包括激光器LD、第一分束器BS1、第二分束器BS2、高斯调制模块、可调光衰减器VOA、环形器CIR、望远镜、偏振无关干涉仪、第一光电探测器PD1和第二光电探测器PD2；
所述激光器LD用于产生脉冲光信号；
所述第一分束器BS1用于将脉冲光信号分束成第一光信号和第二光信号；
所述高斯调制模块用于对第一光信号的正则坐标X分量和正则动量P分量进行随机调制，使得两个分量满足相同的均值为0的高斯分布;
所述可调光衰减器VOA用于将经高斯调制后的第一光信号衰减到预定强度，产生量子态信号；
所述第二分束器BS2用于将量子态信号与作为本振光的第二光信号进行合束，使二者之间具有一定的延时且具有相同的偏振态；
所述环形器CIR用于将量子态信号与本振光合束后形成的探测信号传输至望远镜；
所述望远镜用于向目标发射探测信号，并用于接收从目标反射的回波信号；
所述环形器CIR还用于将回波信号传输至偏振无关干涉仪；
所述偏振无关干涉仪包含长短臂，用于使回波信号中的本振光和量子态进行干涉，产生两路干涉信号；
所述环形器CIR还用于将其中一路干涉信号传输至第一光电探测器PD1；
所述第一光电探测器PD1和第二光电探测器PD2分别用于探测两路干涉信号，产生两路电信号被差分后得到回波测量信号。
使用所述回波测量信号与量子态信号进行移位互相关运算，通过寻找互相关峰值来进行测距；使用所述回波测量信号与量子态信号估计系统的过噪声，通过将其与阈值比较来判断目标是否存在截取重发式欺骗干扰。
具体工作过程如下：
激光器产生脉冲光信号，首先经第一分束器BS1分束成第一光信号和第二光信号，其中第一光信号进入高斯调制模块进行高斯调制，使其正则坐标X分量和正则动量P分量满足相同的均值为0的高斯分布。随后，第一光信号经可调光衰减器VOA衰减到预定强度，输出高斯量子态信号，记录为发射量子态序列。量子态信号与作为本振光的第二光信号经第二分束器BS2时分复用合束形成探测信号，经环形器CIR到达望远镜，被扩束后发射至目标物体。
探测信号经过目标物体反射后回到望远镜，即为回波信号，经环形器CIR到达偏振无关干涉仪，回波信号的量子态与本振光干涉，产生的一路干涉结果经环形器CIR到达第一光电探测器PD1，另一路干涉结果直接进入第二光电探测器PD2，产生的两路电信号进行差分后实现对量子态的相干探测，输出回波测量信号。由于使用偏振无关干涉仪，可以免疫回波信号的偏振变化，使相干探测的结果非常稳定。
将部分发射量子态序列与回波测量信号序列进行互相关运算，得到每次移动时的互相关值。当互相关值达到峰值时表明收发序列一一对应，通过所移动的位数即可得到相应的目标距离，实现测距功能。
根据测距结果使所有收发序列一一对应，计算此时的互相关值，得到信道传输效率，随后估计出接收测量序列噪声方差的最大似然估计，计算出相应的方差，并得到过噪声方差。
由于相干态是最小的不确定态，X分量和P分量的方差均等于真空散粒噪声。目标对发射的量子态信号进行截取重发，产生伪造的量子态来对激光雷达进行欺骗干扰。目标对量子态的测量采用外差探测，即同时对相干态的X分量和P分量进行测量，会引入测量噪声。其根据测量结果制备的量子态被激光雷达的接收机探测后，会引入一定的过噪声。接收机的过噪声一般远小于1，而引入的过噪声一般大于2。因此，当目标企图通过截取重发攻击来对激光雷达进行欺骗干扰时，通过估计系统的过噪声可以很容易探测到干扰行为。可以设定过噪声阈值，将得到的过噪声方差与过噪声阈值进行比较，如大于阈值，则表明目标存在欺骗干扰；否则不存在欺骗干扰。
如图2所示，本发明实施例一：
所述偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达的结构为：所述高斯调制模块包括幅度调制器AM、第一调相器PM1，所述幅度调制器AM用于调制光脉冲信号的幅度使其满足瑞利分布，所述第一调相器PM1用于调制第一光信号的相位使其满足均匀分布。
所述偏振无关干涉仪包括第四分束器BS4、第三调相器PM3、第一法拉第镜FM1和第二法拉第镜FM2，所述第四分束器BS4的一个输出端口连接第一法拉第镜FM1；所述第四分束器BS4的另一个输出端口通过第三调相器PM3连接第二法拉第镜FM2。
实施例一具体工作过程如下：
激光器产生脉冲光信号，首先经第一分束器BS1分束成第一光信号和第二光信号，其中第一光信号进入幅度调制器AM进行幅度调制，使其幅度A大小符合瑞利分布，随后经过第一调相器PM1进行相位调制，使其相位θ符合均匀分布。经高斯调制后，第一光信号的正则坐标X分量和正则动量P分量满足相同的均值为0的高斯分布。随后，第一光信号经可调光衰减器VOA衰减到预定强度，输出高斯量子态信号，记录为发射量子态序列。量子态信号与作为本振光的第二光信号经第二分束器BS2时分复用合束形成探测信号，经环形器CIR到达望远镜，被扩束后发射至目标物体。望远镜出射量子态的X分量和P分量可分别写为
探测信号经过目标物体反射后回到望远镜，即为回波信号，经环形器CIR到达第四分束器BS4进行分束，产生第一回波信号和第二回波信号。第一回波信号中包含量子态和本振光，二者先后经过第三调相器PM3到达第一法拉第镜FM1，被反射后再次经过第三调相器PM3，被调制相位0或π/2，先后返回第四分束器BS4；第二回波信号中也包含量子态和本振光，二者经第二法拉第镜FM2反射后先后返回第四分束器BS4。其中，第一回波信号中的本振光和第二回波信号中的量子态经历了相同的光程，二者同时到达第四分束器BS4进行干涉，产生两路干涉结果。由于法拉第镜可以对偏振自补偿，发射干涉的量子态和本振光偏振相同，干涉结果非常稳定。其中一路干涉结果经环形器CIR到达第一光电探测器PD1，另一路干涉结果直接进入第二光电探测器PD2，产生的两路电信号进行差分后实现对量子态的相干探测，输出回波测量信号。而第一回波信号中的量子态以及第二回波信号中的本振光则由于经过的光程不同，到达第四分束器BS4的时间与发生干涉的信号到达第四分束器BS4的时间不同，二者在经过平衡探测之后均被差分掉，且无需进行采集，因此对干涉信号无影响。
回波信号中量子态的测量结果可表示为
其中，η为量子态总传输效率，包括自由空间的透过率、散射以及目标的反射率，分别为X分量和P分量测量结果中均值为0的高斯噪声。
将部分发射量子态序列与回波测量信号序列进行互相关运算，得到每次移动时的互相关值。当互相关值达到峰值时表明收发序列一一对应，当收发序列不对应时，由于信号之间相互独立，且与噪声也相互独立，互相关理论值为0。当收发序列一一对应时，互相关值为
即达到峰值，通过所移动的位数即可得到相应的目标距离，实现测距功能。
根据测距结果使所有收发序列一一对应，计算此时的互相关值，得到信道传输效率，随后估计出接收测量序列噪声方差的最大似然估计，计算出相应的方差，并得到过噪声方差。
由于相干态是最小的不确定态，X分量和P分量的方差均等于真空散粒噪声。目标对发射的量子态信号进行截取重发，产生伪造的量子态来对激光雷达进行欺骗干扰。目标对量子态的测量采用外差探测，即同时对相干态的X分量和P分量进行测量，会引入测量噪声。其根据测量结果制备的量子态被激光雷达的接收机探测后，会引入一定的过噪声。接收机的过噪声一般远小于1，而引入的过噪声一般大于2。因此，当目标企图通过截取重发攻击来对激光雷达进行欺骗干扰时，通过估计系统的过噪声可以很容易探测到干扰行为。可以设定过噪声阈值，将得到的过噪声方差与过噪声阈值进行比较，如大于阈值，则表明目标存在欺骗干扰；否则不存在欺骗干扰。
如图3所示，本发明实施例二：
所述偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达的结构为：所述高斯调制模块包括第三分束器BS3和第二调相器PM2，所述第三分束器BS3的两个输出端口分别通过长度不等的保偏光纤连接第二调相器PM2的两端，构成第一萨格纳克环。
所述偏振无关干涉仪包括第五分束器BS5、第一偏振分束器PBS1、90°法拉第旋转器FR和第四调相器PM4，所述第五分束器BS5的两个输出端口分别通过长度不同的单模光纤连接第一偏振分束器PBS1的两个输入端口；所述第一偏振分束器PBS1的两个输出端口分别通过长度相等的保偏光纤连接第四调相器PM4的两端，构成第二萨格纳克环；90°法拉第旋转器FR位于第二萨格纳克环内。
实施例二具体工作过程如下：
激光器产生脉冲光信号，首先经第一分束器BS1分束成第一光信号和第二光信号，其中第一光信号进入第三分束器BS3，被分成分别沿第一萨格纳克环顺时针和逆时针方向传播的第一脉冲分量和第二脉冲分量。由于二者到达第二调相器PM2的时间不同，二者被调制不同的相位，分别为。二者同时回到第三分束器BS3进行干涉，产生的干涉结果即为高斯调制后的光脉冲信号，可写为
令，其中θ服从均匀分布，R服从瑞利分布，高斯调制后的光脉冲信号为/>，则其X分量和P分量分别为/>。经高斯调制后，光脉冲信号的正则坐标X分量和正则动量P分量满足相同的均值为0、方差为V的高斯分布，记录为发射量子态序列。随后，光脉冲信号经可调光衰减器VOA衰减到预定强度，输出高斯量子态信号。量子态信号与作为本振光的第二光信号经第二分束器BS2时分复用合束形成探测信号，经环形器CIR到达望远镜，被扩束后发射至目标物体。望远镜出射量子态的X分量和P分量可分别写为
探测信号经过目标物体反射后回到望远镜，即为回波信号，经环形器CIR到达第五分束器BS5进行分束，产生第一回波信号和第二回波信号。第一偏振分束器PBS1、90°法拉第旋转器FR和第四调相器PM4构成的第二萨格纳克环的作用等效于双端口法拉第镜，即可以将从其两个输入端口入射的光信号反射并将偏振态旋转90°，且可对经过其反射的光信号进行调相。第一回波信号中包含量子态和本振光，二者先后经第二萨格纳克环反射后返回第五分束器BS5，且经过第四调相器PM4时被调制相位0或π/2；第二回波信号中也包含量子态和本振光，二者先后经第二萨格纳克环反射后返回第五分束器BS5，且经过第四调相器PM4时不调相。其中，第一回波信号中的本振光和第二回波信号中的量子态经历了相同的光程，二者同时到达第四分束器BS4进行干涉，产生两路干涉结果。其中一路干涉结果经环形器CIR到达第一光电探测器PD1，另一路干涉结果直接进入第二光电探测器PD2，产生的两路电信号进行差分后实现对量子态的相干探测，输出回波测量信号。
回波信号中量子态的测量结果可表示为
其中，η为量子态总传输效率，包括自由空间的透过率、散射以及目标的反射率，分别为X分量和P分量测量结果中均值为0的高斯噪声。
将部分发射量子态序列与回波测量信号序列进行互相关运算，得到每次移动时的互相关值。当互相关值达到峰值时表明收发序列一一对应，当收发序列不对应时，由于信号之间相互独立，且与噪声也相互独立，互相关理论值为0。当收发序列一一对应时，互相关值为
即达到峰值，通过所移动的位数即可得到相应的目标距离，实现测距功能。
根据测距结果使所有收发序列一一对应，计算此时的互相关值，得到信道传输效率，随后估计出接收测量序列噪声方差的最大似然估计，计算出相应的方差，并得到过噪声方差。
由于相干态是最小的不确定态，X分量和P分量的方差均等于真空散粒噪声。目标对发射的量子态信号进行截取重发，产生伪造的量子态来对激光雷达进行欺骗干扰。目标对量子态的测量采用外差探测，即同时对相干态的X分量和P分量进行测量，会引入测量噪声。其根据测量结果制备的量子态被激光雷达的接收机探测后，会引入一定的过噪声。接收机的过噪声一般远小于1，而引入的过噪声一般大于2。因此，当目标企图通过截取重发攻击来对激光雷达进行欺骗干扰时，通过估计系统的过噪声可以很容易探测到干扰行为。可以设定过噪声阈值，将得到的过噪声方差与过噪声阈值进行比较，如大于阈值，则表明目标存在欺骗干扰；否则不存在欺骗干扰。
如图4所示，本发明实施例三：
所述偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达的结构为：所述高斯调制模块为IQ调制器IQM。
所述偏振无关干涉仪包括第二偏振分束器PBS2、第三偏振分束器PBS3、第六分束器BS6、第七分束器BS7和第五调相器PM5，所述第二偏振分束器PBS2的两个输出端口分别连接第六分束器BS6的一个输入端口和第七分束器BS7的一个输入端口；所述第三偏振分束器PBS3的两个输出端口分别连接第六分束器BS6的另一个输入端口和第七分束器BS7的另一个输入端口；所述第六分束器BS6的两个输出端口分别连接第七分束器BS7的两个输出端口，构成不等臂MZ干涉仪；所述第五调相器PM5位于不等臂MZ干涉仪的长臂上。
实施例三具体工作过程如下：
激光器产生脉冲光信号，首先经第一分束器BS1分束成第一光信号和第二光信号，其中第一光信号进入IQ调制器IQM，IQM的两臂分别调制相位进行强度调制，最后的输出结果为
则其X分量和P分量分别为。经高斯调制后，光脉冲信号的正则坐标X分量和正则动量P分量满足相同的均值为0、方差为V的高斯分布，记录为发射量子态序列。随后，光脉冲信号经可调光衰减器VOA衰减到预定强度，输出高斯量子态信号。量子态信号与作为本振光的第二光信号经第二分束器BS2时分复用合束形成探测信号，经环形器CIR到达望远镜，被扩束后发射至目标物体。望远镜出射量子态的X分量和P分量可分别写为
探测信号经过目标物体反射后回到望远镜，即为回波信号，经环形器CIR到达第二偏振分束器PBS2进行偏振分束，产生第一偏振分量和第二偏振分量。第一偏振分量进入第六分束器BS6，正向经过不等臂MZ干涉仪，量子态和本振光在第七分束器BS7上干涉，产生两路干涉结果。第二偏振分量进入第七分束器BS7，反向经过不等臂MZ干涉仪，量子态和本振光在第六分束器BS6上干涉，也产生两路干涉结果。其中第一偏振分量的一路干涉结果和第二偏振分量的一路干涉结果同时进入第二偏振分束器PBS2进行偏振合束，随后经环形器CIR到达第一光电探测器PD1。第一偏振分量的另一路干涉结果和第二偏振分量的另一路干涉结果同时进入第三偏振分束器PBS3进行偏振合束，随后进入第二光电探测器PD2。第一光电探测器PD1和第二光电探测器PD2产生的两路电信号进行差分后实现对量子态的相干探测，输出回波测量信号。
回波信号中量子态的测量结果可表示为
其中，η为量子态总传输效率，包括自由空间的透过率、散射以及目标的反射率，分别为X分量和P分量测量结果中均值为0的高斯噪声。
将部分发射量子态序列与回波测量信号序列进行互相关运算，得到每次移动时的互相关值。当互相关值达到峰值时表明收发序列一一对应，当收发序列不对应时，由于信号之间相互独立，且与噪声也相互独立，互相关理论值为0。当收发序列一一对应时，互相关值为
即达到峰值，通过所移动的位数即可得到相应的目标距离，实现测距功能。
根据测距结果使所有收发序列一一对应，计算此时的互相关值，得到信道传输效率，随后估计出接收测量序列噪声方差的最大似然估计，计算出相应的方差，并得到过噪声方差。
由于相干态是最小的不确定态，X分量和P分量的方差均等于真空散粒噪声。目标对发射的量子态信号进行截取重发，产生伪造的量子态来对激光雷达进行欺骗干扰。目标对量子态的测量采用外差探测，即同时对相干态的X分量和P分量进行测量，会引入测量噪声。其根据测量结果制备的量子态被激光雷达的接收机探测后，会引入一定的过噪声。接收机的过噪声一般远小于1，而引入的过噪声一般大于2。因此，当目标企图通过截取重发攻击来对激光雷达进行欺骗干扰时，通过估计系统的过噪声可以很容易探测到干扰行为。可以设定过噪声阈值，将得到的过噪声方差与过噪声阈值进行比较，如大于阈值，则表明目标存在欺骗干扰；否则不存在欺骗干扰。
综合本发明各个实施例可知，本发明提出一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，使用高斯调制的相干态对目标探测，无需使用压缩光或纠缠源即可探测目标是否存在欺骗干扰。并且无需将信号衰减到每脉冲远小于1个光子，因此回波信号更强，无需使用单光子探测器，可应用于抗干扰成像。采用偏振无关干涉仪，可以省去主动偏振控制模块，降低了系统的复杂度。将本振光与量子态同路传输，可以消除自由空间信道引起的相位漂移，提高系统的稳定性。另外，本发明可利用现有成熟的光通信器件来实现，具有较高的实用性。

Claims (8)

1.一种偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，其特征在于，包括：
激光器LD，用于产生脉冲光信号；
第一分束器BS1，用于将脉冲光信号分束成第一光信号和第二光信号；
高斯调制模块，用于对第一光信号的正则坐标X分量和正则动量P分量进行随机调制，使得两个分量满足相同的均值为0的高斯分布;
可调光衰减器VOA，用于将经高斯调制后的第一光信号衰减到预定强度，产生量子态信号；
第二分束器BS2，用于将量子态信号与作为本振光的第二光信号进行合束，使二者之间具有一定的延时且具有相同的偏振态；
环形器CIR，用于将量子态信号与本振光合束后形成的探测信号传输至望远镜；
望远镜，用于向目标发射探测信号，并用于接收从目标反射的回波信号；
所述环形器CIR还用于将回波信号传输至偏振无关干涉仪；
偏振无关干涉仪，所述偏振无关干涉仪包含长短臂，用于使回波信号中的本振光和量子态进行干涉，产生两路干涉信号；
所述环形器CIR还用于将其中一路干涉信号传输至第一光电探测器PD1；
第一光电探测器PD1与第二光电探测器PD2，所述第一光电探测器PD1和第二光电探测器PD2分别用于探测两路干涉信号，产生两路电信号被差分后得到回波测量信号；使用所述回波测量信号与量子态信号进行移位互相关运算，通过寻找互相关峰值来进行测距；使用所述回波测量信号与量子态信号估计系统的过噪声，通过将其与阈值比较来判断目标是否存在截取重发式欺骗干扰，所述偏振无关干涉仪长臂中传输的光信号被随机调制相位0或π/2。
2.如权利要求1所述的偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，其特征在于，所述高斯调制模块包括幅度调制器AM、第一调相器PM1，所述幅度调制器AM用于调制光脉冲信号的幅度使其满足瑞利分布，所述第一调相器PM1用于调制第一光信号的相位使其满足均匀分布。
3.如权利要求1所述的偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，其特征在于，所述高斯调制模块包括第三分束器BS3和第二调相器PM2，所述第三分束器BS3的两个输出端口分别通过长度不等的保偏光纤连接第二调相器PM2的两端，构成第一萨格纳克环。
4.如权利要求1所述的偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，其特征在于，所述高斯调制模块为IQ调制器IQM。
5.如权利要求1或2或3或4所述的偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，其特征在于，所述偏振无关干涉仪包括第四分束器BS4、第三调相器PM3、第一法拉第镜FM1和第二法拉第镜FM2，所述第四分束器BS4的一个输出端口连接第一法拉第镜FM1；所述第四分束器BS4的另一个输出端口通过第三调相器PM3连接第二法拉第镜FM2。
6.如权利要求1或2或3或4所述的偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，其特征在于，所述偏振无关干涉仪包括第五分束器BS5、第一偏振分束器PBS1、90°法拉第旋转器FR和第四调相器PM4，所述第五分束器BS5的两个输出端口分别通过长度不同的单模光纤连接第一偏振分束器PBS1的两个输入端口；所述第一偏振分束器PBS1的两个输出端口分别通过长度相等的保偏光纤连接第四调相器PM4的两端，构成第二萨格纳克环；90°法拉第旋转器FR位于第二萨格纳克环内。
7.如权利要求1或2或3或4所述的偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，其特征在于，所述偏振无关干涉仪包括第二偏振分束器PBS2、第三偏振分束器PBS3、第六分束器BS6、第七分束器BS7和第五调相器PM5，所述第二偏振分束器PBS2的两个输出端口分别连接第六分束器BS6的一个输入端口和第七分束器BS7的一个输入端口；所述第三偏振分束器PBS3的两个输出端口分别连接第六分束器BS6的另一个输入端口和第七分束器BS7的另一个输入端口；所述第六分束器BS6的两个输出端口分别连接第七分束器BS7的两个输出端口，构成不等臂MZ干涉仪；所述第五调相器PM5位于不等臂MZ干涉仪的长臂上。
8.如权利要求1或2或3或4所述的偏振无关的抗欺骗干扰量子激光雷达，其特征在于，所述环形器CIR与偏振干涉仪之间还设置有带通滤波器，所述带通滤波器用于滤除杂散光背景噪声。
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