一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置的制作方法

本发明属于量子雷达，具体涉及一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置。

背景技术：

1、量子雷达是量子信息技术与传统目标探测技术相结合的新兴技术，在强背景噪声的暗弱目标探测中具有独特优势，因此量子雷达成为了世界上各主要国家大力发展的新体制目标探测技术。

2、量子雷达实验装置一般由发射机、接收机组成。发射机所发射信号为纠缠信号，接收机负责目标反射的回波信号收集和探测；其中量子雷达的接收机是量子雷达设计中最为关键的部分。目前已知的量子雷达接收机将信号接收后直接用于量子测量，并利用后续的目标判断逻辑单元获取目标信息。由于环境噪声较大，接收机收到的信号中含有较多的环境噪声，这些噪声可以直接进入光子测量装置，因此会严重影响目标探测的效果。

3、为此，本发明提供了一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，通过高概率光子催化装置实现目标信号的催化，并将催化后的信号送进目标判断逻辑单元，能大幅降低进入目标判断逻辑单元的噪声，提高目标探测效果。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，包括发射机和接收机，发射机包括配对相干态光源和向配对相干态光源发射控制信号的光端机发射机，配对相干态光源产生量子纠缠态a和b；

3、接收机包括光端机接收机、高概率光子催化装置、光子测量装置和目标判断逻辑单元，高概率光子催化装置用于实现回波信号的催化，光端机发射机与光端机接收机之间通过光纤连接，且信道损耗为0.2db/公里。

4、在本发明的另一种优选实施方式中，高概率光子催化装置为单输入和单输出的光子数调控装置。

5、在本发明的另一种优选实施方式中，高概率光子催化装置为级联型光子催化装置，高概率光子催化装置包括多个位相调制器、多个光学分束器和一个单光子探测器d0，且位相调制器的数量比光学分束器数量少1。

6、在本发明的另一种优选实施方式中，光子测量装置包括单光子探测器d1、单光子探测器d2和函数发生器，函数发生器用于接收光端机接收机的控制信号并产生电学脉冲信号控制单光子探测器d1和单光子探测器d2。

7、在本发明的另一种优选实施方式中，函数发生器与单光子探测器d1、单光子探测器d2之间通过同轴电缆连接，且同轴电缆阻抗参数为50欧姆。

8、在本发明的另一种优选实施方式中，目标判断逻辑单元的工作流程为，首先初始化阈值参数nth，设定发射量子纠缠态的总次数m＝1000，设定光子有效计数值count＝0，计数器i＝1；

9、通过配对相干态光源发射的量子态b与目标相互作用反射出的回波信号c被成功催化后，通过探测器d0探测单光子，并读取光子测量装置的测量结果；若单光子探测器d1和单光子探测器d2同时检测到单光子，则有效计数值count＝count+1；若单光子探测器d1和单光子探测器d2没有同时检测到单光子，有效计数值count不进行更新；此时，第i次光子催化及光子探测结束，计数器自动加1，i＝i+1；

10、再进行下一次循环，直到配对相干态光源一共发射m次量子纠缠态；待m次量子纠缠态发送完毕，比较有效计数值count与阈值nth的大小；若count≤nth，则判断无目标，否则判断为有目标。

11、在本发明的另一种优选实施方式中，设定阈值nth使得pm＝pf/10，其中pm代表漏检概率、pf代表虚警概率。

12、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

13、1、本发明中采用光子催化技术对回波信号c进行催化，使高质量信号(信号的噪声较少)进入目标判断逻辑单元，易于后续信号的提取，提高了目标探测效果。

14、2、本发明通过级联型光子催化装置可以实现催化概率的大幅提升，大幅减少了因催化失败而造成的回波信号c的消耗和浪费；并且所采用的光子催化技术具有广泛的适用性，具有光子数调整功能，除了应用于量子雷达接收机之外，也可以用于其他有光子数调整需求的量子精密测量、量子成像等信息处理过程。

15、同时，高概率光子催化装置可以实现光量子态的放大，高概率光子催化装置本身也是高概率光子放大装置。

16、3、本发明的接收机只需要对催化成功的回波信号c进行甄别和信息反演，信号甄别的效率更高、针对性更强，因此，同等条件下量子雷达的接收机系统功耗更低。

17、4、本发明采用光端机发射机和光端机接收机通过光信号进行同步，相比较于传统地采用同轴电缆(信道损耗为20db/公里)，信道传输损耗小(0.2db/公里)，能适用于发射机、接收机相距较远条件下的目标探测。

18、5、在本发明对虚警概率和漏检概率设定不同的权重，将漏检概率设定为虚警概率的1/10，更加侧重于对敌对目标的探测。

19、6、本发明的发射机采用了光端机发射机控制配对相干态光源产生量子纠缠态进行目标探测，其相干性更高，从信号源的角度为提升量子雷达的目标探测性能提供了新的解决路径。

20、综上，本发明通过对接收机接收到的回波信号c进行催化，实现回波信号c的催化。而后将催化后的高质量回波信号送入光子测量装置，实现量子雷达目标探测性能的提升。同时，为了提升催化效果，提出了级联型光子催化装置，实现了催化概率的大幅提升，为实用化量子雷达的接收机设计提供了重要支撑。

21、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，包括发射机和接收机，其特征在于：发射机包括配对相干态光源和向配对相干态光源发射控制信号的光端机发射机，配对相干态光源产生量子纠缠态a和b；

2.根据权利要求1所述的一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，其特征在于：高概率光子催化装置为单输入和单输出的光子数调控装置。

3.根据权利要求2所述的一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，其特征在于：高概率光子催化装置为级联型光子催化装置，高概率光子催化装置包括多个位相调制器、多个光学分束器和一个单光子探测器d0，且位相调制器的数量比光学分束器数量少1。

4.根据权利要求3所述的一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，其特征在于：光子测量装置包括单光子探测器d1、单光子探测器d2和函数发生器，函数发生器用于接收光端机接收机的控制信号并产生电学脉冲信号控制单光子探测器d1和单光子探测器d2。

5.根据权利要求4所述的一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，其特征在于：函数发生器与单光子探测器d1、单光子探测器d2之间通过同轴电缆连接，且同轴电缆阻抗参数为50欧姆。

6.根据权利要求5所述的一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，其特征在于：目标判断逻辑单元的工作流程为，首先初始化阈值参数nth，设定发射量子纠缠态的总次数m＝1000，设定光子有效计数值count＝0，计数器i＝1；

7.根据权利要求6所述的一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，其特征在于：设定阈值nth使得pm＝pf/10，其中pm代表漏检概率、pf代表虚警概率。

技术总结
本发明属于量子雷达技术领域，公开了一种基于高概率光子催化的量子雷达实验装置，包括发射机和接收机，发射机包括配对相干态光源和向配对相干态光源发射控制信号的光端机发射机，配对相干态光源产生量子纠缠态A和B；接收机包括光端机接收机、高概率光子催化装置、光子测量装置和目标判断逻辑单元，高概率光子催化装置用于实现回波信号的催化，光端机发射机与光端机接收机之间通过光纤连接，且信道损耗为0.2dB/公里。本发明通过对目标回波信号的催化，减少噪声，提高目标探测效果。

技术研发人员：陈娟,张胜利,郑文军,何鑫
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13