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基于量子卫星“墨子号”的量子测距过程仿真实验研究

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系统仿真学报 2021年第2期33卷 377-388页

作者：丛爽段士奇中国科学技术大学自动化系安徽合肥230027

对星地量子测距过程中利用捕获跟踪瞄准(Acquisition tracking and pointing,ATP)系统进行纠缠光子对收发和利用符合计数原理计算纠缠光子对到达时间差(Time difference of arrival,TDOA)的两个关键过程进行了仿真实验研究。根据"墨子号... 详细信息

对星地量子测距过程中利用捕获跟踪瞄准(Acquisition tracking and pointing,ATP)系统进行纠缠光子对收发和利用符合计数原理计算纠缠光子对到达时间差(Time difference of arrival,TDOA)的两个关键过程进行了仿真实验研究。根据"墨子号"量子卫星真实的6个轨道参数,对卫星的运动轨迹以及地面用户对从卫星上发射到地面信号的ATP过程进行系统仿真实验研究。分析并设计了ATP系统的结构;借助于Simulink环境下的仿真软件,建立ATP时域仿真系统,将所计算出的"墨子号"方位角与俯仰角位置信号作为ATP系统的输入信号,对所建立的ATP系统进行星地纠缠光收发的捕获跟踪瞄准过程进行了系统仿真实验,跟踪精度达到了2μrad;在实现地面用户对量子卫星的精确跟踪的基础上,设计并进行纠缠光子对收发及其符合计数的仿真实验;拟合出纠缠光子对皮秒级误差的到达时间差,实现了精确的量子测距过程,为量子导航系统的实现提供了一定的理论及仿真实验基础。

关键词：量子测距 “墨子号” 轨道仿真 ATP系统纠缠光子对符合计数

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量子测距辅助GPS整周模糊度算法

电光与控制 2012年第11期19卷 67-70页

作者：张豪杨春燕张磊王浩程空军工程大学信息与导航学院西安710077

在GPS载波相位差分定位的过程中,整周模糊度解算的准确性决定了定位的精度。由于在短历元内位置精度因子变化缓慢,导致整周模糊度的求解困难。量子测距是近几年来发展起来的新型高精度测距技术,采用量子高精度测距辅助整周模糊度的求解... 详细信息

在GPS载波相位差分定位的过程中,整周模糊度解算的准确性决定了定位的精度。由于在短历元内位置精度因子变化缓慢,导致整周模糊度的求解困难。量子测距是近几年来发展起来的新型高精度测距技术,采用量子高精度测距辅助整周模糊度的求解方法,可以明显提高定位精度。数学分析和仿真结果验证了该方法的准确性和有效性。

关键词： GPS 载波相位测量整周模糊度 LAMBDA 量子测距

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量子测距辅助的网络RTK定位算法研究

中国科学：信息科学 2010年第4期40卷 539-548页

作者：杨春燕吴德伟卢艳娥余永林空军工程大学电讯工程学院西安710077

针对在GPS网络载波相位实时动态差分(RTK)中短观测历元内,由位置精度因子(PDOP)变化缓慢引起的整周模糊度准确求解困难的问题,提出了采用量子高精度测距辅助整周模糊度的求解方法.采用Householder变换代替双差法,确保了用于求解整周模... 详细信息

针对在GPS网络载波相位实时动态差分(RTK)中短观测历元内,由位置精度因子(PDOP)变化缓慢引起的整周模糊度准确求解困难的问题,提出了采用量子高精度测距辅助整周模糊度的求解方法.采用Householder变换代替双差法,确保了用于求解整周模糊度的各个观测量之间的相互独立,提高了整周模糊浮动解的求解稳定性.数学分析和仿真结果验证了上述方法的准确性和有效性.

关键词：网络RTK Householder变换位置精度因子量子测距

基于量子测距和天文测角的编队卫星自主定轨技术研究

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基于量子测距和天文测角的编队卫星自主定轨技术研究

作者：刘姝妍西安电子科技大学

学位级别：硕士

编队卫星技术是一种将多颗卫星组成编队,利用相互协作完成特定任务的技术,该技术已经被广泛应用于地球观测、通信、导航等领域。其中,自主定轨技术是编队卫星技术中的重要内容,它可以使编队卫星实现精确定位和控制,从而更好地完成任务... 详细信息

编队卫星技术是一种将多颗卫星组成编队,利用相互协作完成特定任务的技术,该技术已经被广泛应用于地球观测、通信、导航等领域。其中,自主定轨技术是编队卫星技术中的重要内容,它可以使编队卫星实现精确定位和控制,从而更好地完成任务。本文针对地球轨道多星编队,研究了基于量子测距和天文测角的编队卫星自主定轨方法,主要工作如下:首先,研究了基于量子测距和天文测角的观测方法。观测方法是编队卫星自主定轨的重要组成部分,其中星间测距和测角是关键观测手段。量子测距采用发出纠缠双光子进而获得相关函数计算出测距值的方法;星间测角利用星敏感器对星座内卫星和恒星的拍照观测方法,在拍照之前模拟出星图图像以提高测量精度和准确性,同时加入星敏感器测量得到的轨道高度。通过研究量子测距、天文测角和轨道测高的组合导航方法,并将它们应用于编队卫星自主定轨中,为实现高精度、高可靠性的卫星定轨提供重要支持。之后,研究了双星和三星编队自主定轨方法。通过建立状态模型、量测模型和估计模型,在此基础上设计了基于无迹卡尔曼滤波的双星自主定轨方法。对于三星编队,由于卫星数量增加后,角度测量实施较为困难,提出在三星编队中存在两颗主星和一颗副星的假设,主星采用量子测距、天文测角和轨道测高的组合测量方法,由三边定位法给出副星采用量子测距和轨道测高的观测量进行自主定轨,省略了其角度测量。使用仿真验证了所提出的双星和三星自主定轨方法的有效性,仿真结果表明双星的定位精度达到1m以内,三星定轨方法的定位精度达到1.5m以内。最后,研究了多卫星编队自主定轨方法。该方法中主星采用量子测距、天文测角和轨道测高的组合测量方法,副星由三边定位法仅采用量子测距方法,通过融合算法层和测量层对多颗卫星进行定轨。由于各卫星间的测量距离值到达副卫星不是同时刻,利用插值法来估计副星和其他各颗卫星间的相对距离。在仿真中,通过对七颗编队卫星进行模拟,结果表明在空间圆形编队半径约为1km的情况下,该方案实现了40cm以内的多卫星相对导航精度。当主卫星数量减少时会大大降低多卫星角度测量的实施难度,此时精度仅会轻微减小。因此,该方法既满足了高精度,又满足了扩展性的要求。

关键词：自主定轨算法编队卫星量子测距天文测角无迹卡尔曼滤波

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基于纠缠光子的量子测距技术研究进展

导航定位学报 2023年第1期11卷 1-8页

作者：魏亚旭李广云李建胜信息工程大学地理空间信息学院郑州450001

为了在测绘导航科学研究中获得更高的测距精度,给出量子测距技术的研究进展:总结基于不同光路结构的量子测距方法,并阐述其测量原理与研究现状;概述当前量子测距技术的主要应用领域以及研究进展;最后对量子测距技术的未来发展趋势及在... 详细信息

为了在测绘导航科学研究中获得更高的测距精度,给出量子测距技术的研究进展:总结基于不同光路结构的量子测距方法,并阐述其测量原理与研究现状;概述当前量子测距技术的主要应用领域以及研究进展;最后对量子测距技术的未来发展趋势及在测绘导航领域可能的应用进行分析与展望。

关键词：量子测距量子导航定位系统星间测距量子雷达符合测量

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偏振纠缠双光子态的量子测距方案

通信技术 2020年第6期53卷 1341-1344页

作者：姚禹迪西南交通大学量子光电实验室四川成都610031

量子纠缠是现代量子理论中非常重要的研究课题之一。随着量子纠缠光的制备以及相关应用技术的不断提升,目前纠缠光子的二阶关联特性在量子测量、量子成像、信息安全等领域中都有广泛的研究。通过使用II类相位匹配晶体(BBO晶体)参量下转... 详细信息

量子纠缠是现代量子理论中非常重要的研究课题之一。随着量子纠缠光的制备以及相关应用技术的不断提升,目前纠缠光子的二阶关联特性在量子测量、量子成像、信息安全等领域中都有广泛的研究。通过使用II类相位匹配晶体(BBO晶体)参量下转换产生偏振光子对作为光源,提出利用光纤延迟器为调节器的实验方案,利用HBT干涉测量原理,通过测量纠缠光场的二阶关联特性推算出测距结果,并利用实验上验证了这一方案的可行性。

关键词：偏振纠缠二阶关联光纤延迟器量子测距

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量子精密测距理论和数据处理技术研究

量子精密测距理论和数据处理技术研究

作者：韩笑纯上海交通大学

学位级别：硕士

HBT(Hanbury Brown and Twiss)干涉是量子精密测量中的一种重要手段,其通过测量光场的二阶关联特性从而得到待测结果。在HBT测距实验中,纠缠光子对在光纤中传输时会受到光纤中群速度色散的影响,使得测量得到的二阶关联函数发生展宽和平... 详细信息

HBT(Hanbury Brown and Twiss)干涉是量子精密测量中的一种重要手段,其通过测量光场的二阶关联特性从而得到待测结果。在HBT测距实验中,纠缠光子对在光纤中传输时会受到光纤中群速度色散的影响,使得测量得到的二阶关联函数发生展宽和平移,并且测量距离越长,二阶关联函数受到群速度色散的影响越大。在长距离测距实验中,这种展宽和平移现象会在一定程度上影响到测量精度,在实验中需要对这种现象进行补偿。因此,在HBT测距实验中,后处理模块是很重要的一个模块,其主要作用是将测量得到的光场信息转化为实际的测量距离,并消除误差,提高测量精度。后处理模块主要分为数据收集、数据分析和误差消除。数据收集主要有两种模式,软件模式和硬件模式。软件模式中,数据由硬件系统采集完成后,交给软件进行处理;硬件模式中,数据在硬件系统采集的过程中同步完成数据分析。数据分析主要使用符合计数的方法,将信号路和闲置路得到的光信息联合处理,得到HBT实验的二阶关联函数。误差消除主要通过拟合的方式消除随机误差,通过补偿的方式消除群速度色散带来的额外偏移造成的误差。

关键词：量子测距二阶关联函数群速度色散后处理系统

群速度色散对于纠缠光场二阶关联函数影响的研究

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物理学报 2015年第7期64卷 94-99页

作者：韩笑纯黄靖正方晨曾贵华上海交通大学量子信息感知与处理研究中心区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

HBT干涉是量子测量中的一种重要手段,其通过计算光场的二阶关联函数而得到测量结果.在长距离测距中,光场的二阶关联函数会受到光纤中群速度色散的影响而发生展宽和平移,从而在一定程度上影响测量精度.本文主要针对二阶关联函数半高宽受... 详细信息

HBT干涉是量子测量中的一种重要手段,其通过计算光场的二阶关联函数而得到测量结果.在长距离测距中,光场的二阶关联函数会受到光纤中群速度色散的影响而发生展宽和平移,从而在一定程度上影响测量精度.本文主要针对二阶关联函数半高宽受群速度色散的影响,给出了半高宽与测量距离与群速度色散系数的关系.

关键词：二阶关联群速度色散量子测距