一种隐身目标探测装置及方法与流程

本发明涉及目标探测技术，具体涉及一种隐身目标探测装置及方法。

背景技术：

雷达的本质是测距，分为有源雷达和无源雷达。对于各类有源雷达而言，它可以通过处理自身发射的已知电磁参数、接收从目标反射回来的电磁波来定位被探测目标的各类位置参数。无源雷达不发射电磁波，它利用测向和时差定位技术进行目标检测、定位和识别。

隐身技术是低可探测性技术，目前隐身技术主要有雷达隐身、红外隐身、可见光隐身、声波隐身、等离子遮蔽等，通过减少可检测和识别的信号，达到不易被发现的目的；隐身技术能使雷达散射面积减少2个数量级，发现距离只有原来的1/3，因此，隐身技术的使用价值是不容质疑的。

等离子隐身技术被认为是最有效的一种隐身技术，等离子体隐身技术是依靠等离子体所具有的吸收和改变电磁波的特性进行隐身；等离子体能够吸收电磁波，还能使反射的电磁波失去原有的频率和相位特征，即使雷达站截获反射信号，也无法计算出目标的准确位置和速度信息。

目前,等离子体隐身技术关键在于如何使目标周围环绕着等离子云,在对方雷达发出的电磁波同等离子云共同作用下,会发生如下几种现象：(1)电磁波的能量被吸收,因为电磁波在穿越等离子体时,电磁波会与等离子体的带电粒子相互作用,把部分能量传递给带电粒子,自身能量逐渐衰减；(2)受一系列物理作用的影响,电磁波将绕过等离子体；这两种现象会使反射信号大大减弱。

隐身技术的发展也在催生更多的反隐身技术，即隐身目标探测技术。现在已经或正在开发的反隐身技术措施及手段包括长波或毫米波雷达、无载频超宽波段雷达、激光雷达和红外探测系统、被动的射频探测技术、地球磁场变异探测技术等。

例如，针对雷达一般采用2～4ghz的s波段(75～150mm)、4～8ghz的c波段(37～75mm)和9～12ghz的x波段(25～37mm)毫米波，吸波材料和等离子覆盖针对这个频段的电磁波可以很好的吸收和绕射，使得反射到雷达天线的信号大幅度减少,从而使目标具有“低可探测”特征；而根据电磁波理论，电磁波能量过高或者过低，不在被探测物的吸收频段内，即该探测物对该频段透明根据这个理论，反隐身雷达避开上述波段，出现了米波和激光雷达。米波透过目标吸波涂层和等离子遮蔽，目标的内部构件在长波雷达照射下是完全暴露的。但是米波雷达的缺点也暴露出问题，即不能实现精确定位，一般认为米波雷达的定位精度在1000-3000米范围，不能引导雷达摧毁目标，而且采用红外频段、可见光频段雷达受到气象系统影响比较严重，大气波导对高频信号的影响远大于长波信号；在极端气象条件下雷达信号可靠性受到严重制约。

目前，国际上提出了一种量子雷达反隐身技术，如图1所示，其基本原理是量子雷达发射机生成一个纠缠量子对，纠缠量子对中一个发射到目标，另一个留在雷达系统内，发射出去的量子经过目标反射被雷达吸收，利用纠缠态所包含的相关性，提高系统的探测性能。初步研究表明，量子雷达分辨率以二次方速率提高，并且可以有效的避开对方的干扰信号，有效防止欺骗信号；但是这种量子雷达的存在以下缺点：

(1)必须采用有源雷达系统，依靠目标的反射信号实现，利用接收的反射信号实现定位和识别；而有源雷达可能会被反向定位后使用反辐射导弹来实施有效摧毁，自身的生存能力受到威胁。

(2)这种传统量子雷达依赖目标反射回到雷达的量子进行关联运算，从而实现隐身目标的探测和定位，但随着隐身技术性能提高(例如目标吸波材料和等离子遮避材料性能越好)，反射信号必将越来越弱，削减探测隐身目标的最远距离，对目标尺寸大小以及和属性的分辨能力严重减弱。

(3)传统量子雷达依赖于反射回到雷达的量子进行关联运算，信号发射和反射回雷达，需要两次穿越大气，信号衰减和干扰严重。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是传统量子雷达依赖目标反射回到雷达的量子进行关联运算实现隐身目标的探测和定位，但随着目标吸波材料和等离子遮避材料性能越好，反射信号必将越来越弱，致使探测精度不断变低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种隐身目标探测方法，包括以下步骤：

步骤100、制备纯态纠缠量子簇，并为每一个量子编号；

步骤200、调制一个已知的量子态，并与纯态纠缠量子簇中一个量子进行bell基测量，纯态纠缠量子簇其它量子变为坍缩的量子态，并得到一个经典信息；

步骤300、将坍缩的量子态的任意一个量子作为探针量子发射到目标空域，隐身目标的吸波材料涂层和等离子遮蔽材料对探针量子相位和状态产生影响，发生消相干，对除了探针量子外的任一坍缩的量子态的量子与经典信息进行u变换，如果得到的状态不是已知的量子态，根据探针量子发射时间和u变换的时间，计算探针量子发生消相干的距离和方位，从而得到计算量子探针消相干概率，根据多个消相干量子的统计概率计算隐身目标的距离和方位。

在上述方法中，制备的纯态纠缠量子簇包括3个以上纠缠态的量子。

在上述方法中，在步骤300中，如果u变换得到的状态与已知的量子态相同，则：

使剩余纯态纠缠量子簇中一个量子与已知的量子态进行bell基测量，剩余纯态纠缠量子簇的其它量子变为坍缩的量子态，并得到一个经典信息；

经过时间δt后，对变为坍缩的量子态的任意一个量子与经典信息重新进行u变换，并记录此次u变换时间；

如果u变换得到的状态与已知的量子态不相同，根据记录的探针量子发射时间和重新进行u变换时间，计算发生消相干的距离和方位。

如果u变换得到的状态与已知的量子态相同，重复上述操作，直到纯态纠缠量子簇中量子用完。

在上述方法中，在目标空域对隐身目标进行搜索跟踪，采用超级网格搜索方式，计算探针量子消相干的距离和方位，具体包括以下步骤：

步骤301、将目标空域划分成为l(α,β,θ)立方网格，并对网格进行编号，设置初始探测步长；

步骤302、利用二分搜索法迅速锁定目标所在空域网格；

步骤303、利用登山搜索法在目标所在网格进行八象限搜索；

步骤304、预测目标移动方向，在预测的移动方向上进行四象限搜索；

步骤305、判断目标是否丢失，如果目标丢失，执行步骤306；否则执行步骤307；

步骤306、扩大搜索范围，修改探测步长进行八象限搜索，然后执行步骤304，直到发现目标；

步骤307、计算隐身目标速度、方位；并修改跟踪步长。

在上述方法中，纯态纠缠量子簇制备后存储在量子态存储模块；在对纯态纠缠量子簇中量子使用时，包括按照量子编号的顺序依次从量子态存储模块取出进行使用；以及任意从量子态存储模块中取一个量子使用两种方式；

在照量子编号的顺序依次进行使用时，在步骤200中，进行bell基测量的量子编号n＝1。

在上述方法中，在按照量子编号的顺序依次从量子态存储模块取出进行使用时，步骤300具体包括以下步骤：

步骤311、时间分辨量子发射装置在t1时刻将编号为n＝n+1的坍缩的量子态量子作为探针量子发射到目标空域；

步骤312、时间分辨量子发射装置在t2＝t1+δt时刻，对编号为n＝n+1的量子与经典信息msg进行u变换，其中，δt为时间间隔；

步骤313、判断u变换得到的状态stc是否与已知的量子态sta相同，如果相同，执行步骤314；否则，执行步骤316；

步骤314、判断量子编号为n是否小于m-1，m为纯态纠缠量子簇的最大量子数目，如果是，执行步骤315；否则，执行步骤317；

步骤315、令n＝n+1；使编号为n的量子与已知量子态sta进行bell基测量，执行步骤312；

步骤316、记录编号为n的量子状态，记录时间t1、t2；并根据探针量子的发射时间t1和u变换时间t2计算隐身目标速度、方位，修改跟踪步长；

步骤317、结束。

本发明人还提供了一种隐身目标探测装置，包括：

纠缠量子制备模块，接受纠缠量子制备指令，制备纯态纠缠量子簇，并为每一个量子顺序编号；

量子态存储模块，存储制备好的纯态纠缠量子簇中部分量子，并按照需要存、取；

调制模块，接受调制指令，调制一个已知量子状态；

bell基测量模块，接收bell基测量指令，调取所述调制模块调制的已知量子状态和所述量子态存储模块中的一个量子进行bell基测量，所述量子态存储模块中其它量子变为坍缩的量子态，并得到一个经典信息；

时间分辨量子发射模块，设有发射天线和u变换单元；所述时间分辨量子发射模块接收发射指令，调取所述量子态存储模块中坍缩的量子态一个量子，通过所述发射天线发到目标空域，并记录发射时刻t1；调取所述量子态存储模块中另一个坍缩的量子态的量子，并控制所述u变换单元在时刻t2时对该量子与经典信息进行u变换得到一个量子态，记录u变换时刻t2；

计算模块，在对比检测状态与已知量子状态不同时，根据所述时间分辨量子发射模块记录的发射时刻t1、u变换时刻t2，计算得到隐身目标的方位和速度；并通过对u变换的得到的量子态统计学特征分析确定被探测目标的尺寸、型号信息；

任务控制模块，发送纠缠量子制备指令、接受调制指令、bell基测量指令以及发射指令；并根据所述计算模块计算结果和分析结果调整探测步长。

在上述装置中，还包括天线伺服模块，根据所述任务控制模块指令调整发射天线的发射角度和方向。

本发明基于纠缠态量子的基本特性和环境干扰引起的消相干实现隐身目标的探测，由于隐身目标的吸波材料涂层和等离子遮蔽材料对量子相位和状态会产生直接、且显著的影响，造成消相干，这种依赖于目标对纠缠态量子的吸收和干扰实现隐身目标探测的方法，在目标吸波材料和等离子遮避材料性能越好时，探测精度将越高，克服传统量子雷达随着目标吸波材料和等离子遮避材料性能越好，反射信号必将越来越弱，致使探测精度不断变低的问题。

另外，传统量子雷达依靠接收反射到量子雷达天线的量子进行关联计算获取目标信息，量子信号需要发射和反射两次穿越大气，不仅量子信号衰减严重，而且易受到干扰和信号压制；本发明只有发射过程，不需要通过接收反射量子信号获取目标信息，不仅有效抵御对方的电磁干扰和信号压制，而且在与传统量子雷达使用相同频率信号的前提下，大大提高了雷达的探测距离和目标发现能力，综上所述本发明具有明显优势。

附图说明

图1为目前量子雷达反隐身技术的实现流程图；

图2为本发明提供的一种隐身目标探测方法的流程图；

图3为本发明中在目标空域对隐身目标进行搜索跟踪的流程图；

图4为本发明中步骤300的具体流程图；

图5为本发明提供的一种隐身目标探测方法的结构框图。

具体实施方式

本发明提供的一种隐身目标探测装置及方法是基于纠缠态量子的基本特性和环境干扰引起的消相干实现隐身目标的探测(锁定和跟踪)，主要应用与反隐身目标雷达系统，与传统量子雷达相比，本发明依赖于目标对纠缠态量子的吸收和干扰实现隐身目标探测，隐身目标的吸波材料涂层和等离子遮蔽材料对量子相位和状态会产生直接、且显著的影响，造成消相干，目标吸波材料和等离子遮避材料性能越好，本发明技术探测精度将越高，隐身目标采用的吸波材料和等离子遮蔽材料成为本发明的重要“示踪剂”。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。

如图2所示，本发明提供的一种隐身目标探测方法，包括以下步骤：

步骤100、制备纯态纠缠量子簇q，制备的纯态纠缠量子簇q包括3个以上或者更多纠缠态的量子；并为每一个量子编号，即第一个量子为1号，第二个量子为2号，…，第m个量子为m号，其中，m大于等于3。

步骤200、调制一个已知的量子态sta，并与纯态纠缠量子簇q中一个量子(例如1号量子)进行bell基测量，纯态纠缠量子簇其它量子变为坍缩的量子态stb，并和一个经典信息msg。

步骤300、将坍缩的量子态的任意一个(可以取任意编号值，例如n＝2，表示以2号量子为探针量子)的量子作为探针量子发射到目标空域，隐身目标的吸波材料涂层和等离子遮蔽材料对探针量子相位和状态产生影响，发生消相干，对除了探针量子外的任意一个量子(如果探针量子编号n＝2，则对除编号为2量子和已经进行bell基测量的编号为1量子都可以与经典信息msg进行u变换)与经典信息进行u变换得到一个量子态stc，如果得到的量子态stc与已知的量子态sta不相同，记录探针量子发射时间和u变换的时间，计算探针量子消相干的距离和方位，从而得到计算量子探针消相干概率，根据多个消相干量子的统计概率计算隐身目标的距离和方位。

在本发明中，如果u变换得到的量子态stc与已知的量子态sta相同，则：

使剩余纯态纠缠量子簇中一个量子与已知的量子态sta进行bell基测量，剩余纯态纠缠量子簇的其它量子变为坍缩的量子态，并得到一个经典信息stb；

经过时间δt,取剩余量子中的任意一个量子与经典信息stb进行u变换的到量子态stc；

如果u变换得到的量子态stc与已知的量子态sta不相同，记录探针量子发射时间和u变换的时间，计算探针量子消相干的距离和方位；

如果u变换得到的量子态stc与已知的量子态sta相同，重复上述操作，直到纯态纠缠量子簇中量子用完。

在本发明中，采用超级网格搜索方式，计算探针量子消相干的距离和方位，如图3所示，具体包括以下步骤：

步骤301、将目标空域划分成为l(α,β,θ)立方网格(球坐标系)，并对网格进行编号，设置初始探测步长；

步骤302、利用二分搜索法迅速锁定目标所在空域网格；

步骤303、利用登山搜索法在目标所在网格进行八象限搜索；

步骤304、预测目标移动方向，在预测的移动方向上进行四象限搜索；

步骤305、判断目标是否丢失，如果目标丢失，执行步骤306；否则执行步骤307；

步骤306、扩大搜索范围，修改探测步长进行八象限搜索，然后执行步骤304，直到发现目标；

步骤307、计算隐身目标速度、方位；并修改跟踪步长。

在本发明中，纯态纠缠量子簇制备后存储在量子态存储模块；在对纯态纠缠量子簇中量子使用时，包括按照量子编号的顺序依次从量子态存储模块取出进行使用；以及任意从量子态存储模块中取一个量子使用两种方式；

为了实现方便，一般采取照量子编号的顺序依次进行使用，在照量子编号的顺序依次进行使用时，在步骤200中，进行bell基测量的量子编号为n＝1，以其为具体实施例，如图4所示，本发明的步骤300具体包括以下步骤：

步骤311、时间分辨量子发射装置在t1时刻将编号为n＝n+1的坍缩的量子态量子作为探针量子发射到目标空域；

步骤312、时间分辨量子发射装置在t2＝t1+δt时刻，对编号为n＝n+1的量子与经典信息msg进行u变换，其中，δt为时间间隔；

步骤313、判断u变换得到的状态stc是否与已知的量子态sta相同，如果相同，执行步骤314；否则，执行步骤316；

步骤314、判断量子编号为n是否小于m-1，其中，m为纯态纠缠量子簇的最大量子数目，如果是，执行步骤315；否则，执行步骤317；

步骤315、令n＝n+1；使编号为n的量子与已知量子态进行bell基测量，执行步骤312；

步骤316、记录编号为n的量子状态，记录时间t1、t2；并根据记录的量子状态和时间间隔δt计算隐身目标速度、方位、修改跟踪步长；

步骤317、结束。

如图5所示，本发明还提供了一种隐身目标探测装置，包括：纠缠量子制备单元、量子态存储单元、计时控制单元、调制单元、bell基测量单元、发射天线、天线伺服单元、任务控制单元、u变换测量单元以及计算单元。

纠缠量子制备模块，接受纠缠量子制备指令，制备纯态纠缠量子簇，并为每一个量子顺序编号；

量子态存储模块，存储制备好的纯态纠缠量子簇中部分量子，并按照需要存、取；

调制模块，接受调制指令，调制一个已知量子状态；

bell基测量模块，接收bell基测量指令，调取所述调制模块调制的已知量子状态和所述量子态存储模块中的一个量子，对两者进行bell基测量所述量子态存储模块中其它量子变为坍缩的量子态，并得到一个经典信息；

时间分辨量子发射模块，设有发射天线和u变换单元；所述时间分辨量子发射模块接收发射指令，调取所述量子态存储模块中坍缩的量子态一个量子，通过所述发射天线发到目标空域，并记录发射时刻t1；调取所述量子态存储模块中另一个坍缩的量子态的量子，并控制所述u变换单元在时刻t2时对该量子与经典信息进行u变换得到一个量子态stc，得到的这个量子态stc用于跟已知量子态sta进行比较是否相同，记录u变换时刻t2；

计算模块，对比u变换得到的量子态stc和已知量子态sta，在u变换得到的量子态stc与已知量子态不同时，说明发射出去的编号为n的探针量子被“测量”，即被探测隐身目标位于发射天线距离(t2-t1)/c处，其中，t2＝t1+δt，c为光在大气中的传播速度，根据所述时间分辨量子发射模块记录的发射时刻t1、u变换时刻t2，计算探针量子消相干的方位和距离，计算量子探针消相干概率，进一步计算得到隐身目标的方位和速度；并通过对u变换的得到的量子态统计学特征分析确定被探测目标的尺寸、型号信息；

任务控制模块，发送纠缠量子制备指令、接受调制指令、bell基测量指令以及发射指令；并根据所述计算模块计算结果和分析结果调整探测步长。

任务控制模块，发送纠缠量子制备指令、接受调制指令、bell基测量指令以及发射指令；并根据计算模块计算结果和分析结果调整探测步长。

在本发明中，还包括天线伺服模块，可以根据任务控制模块调整发射天线的发射角度和方向。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。