提高北斗卫星导航系统定位精度的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种利用具有量子纠缠特性的光子对来提高现有北斗卫星导航系统定位精度的系统。该系统包括纠缠光子产生系统、第一时钟、第二时钟、光学延迟器、分束器、单光子探测器以及多通道分析仪；经纠缠光子产生系统产生的光子分别经第一时钟以及第二时钟后汇聚于分束器上；光学延迟器设置于第一时钟与分束器形成的光路上或设置于第二时钟与分束器形成的光路上；单光子探测器设置于经分束器后的出射光路上；多通道分析仪和单光子探测器电性连接。本实用新型专利技术提供了一种使北斗卫星导航系统的定位精度得到显著提高的北斗卫星导航系统定位精度的系统。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于卫星定位和导航
，涉及提高北斗卫星导航系统定位精度的系统，尤其涉及一种利用具有量子纠缠特性的光子对来提高现有北斗卫星导航系统定位精度的系统。
技术介绍
北斗卫星导航系统〔BeiDou(COMPASS)NavigationSatellite System〕是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。目前，我国正在实施北斗卫星导航系统建设，迄至本专利撰写之日，已成功发射了九颗北斗导航卫星。根据北斗卫星导航系统建设的总体规划，到2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；到2020年左右， 将建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0. 2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。目前北斗卫星导航系统难以满足精密制导等国防安全方面对高精度定位的要求。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本技术提供了一种使北斗卫星导航系统的定位精度得到显著提高的北斗卫星导航系统定位精度的系统。本技术的技术解决方案是本技术提供了一种提高北斗卫星导航系统定位精度的系统，其特殊之处在于所述系统包括纠缠光子产生系统、第一时钟、第二时钟、光学延迟器、分束器、单光子探测器以及多通道分析仪；所述经纠缠光子产生系统产生的光子分别经第一时钟以及第二时钟后汇聚于分束器上；所述光学延迟器设置于第一时钟与分束器形成的光路上或设置于第二时钟与分束器形成的光路上；所述单光子探测器设置于经分束器后的出射光路上；所述多通道分析仪和单光子探测器电性连接。上述分束器是洪-区-曼德尔干涉仪中的分束器。上述单光子探测器是硅光电雪崩二极管。上述纠缠光子产生系统产生的是两个中心波长是810纳米的红外光子或用405纳米紫外光照射二型相位匹配的周期极性KTP晶体所产生纠缠光子对。本技术的优点是为了满足北斗卫星导航系统在精密制导等国防安全方面对高精度定位的需要，本技术人提出把具有量子纠缠特性的光子与洪-区-曼德尔干涉技术利用到我国北斗卫星导航系统上，利用量子纠缠光子的特性与量子光学测量技术把北斗卫星导航系统的定位精度提高到微米量级，从而使北斗卫星导航系统的定位精度得到显著提高，于是引出本技术的构想。本技术由于符合计数事件记录对两个纠缠光子到达分束器的时间差可以精确到飞秒量级，因此采用这种方案可以把需要同步的两个时钟同步精度提高到飞秒量级，大大提高北斗卫星导航系统的时钟同步精度，从而显著提高北斗卫星导航系统的定位、 测速和授时精度，满足授权服务对北斗卫星导航系统定位、测速和授时精度的高精准要求。 本技术利用纠缠光的量子相干特性和洪-区-曼德尔干涉仪对纠缠光子同时到达分束器时间差的精确测量技术，提供了一种利用纠缠光子相干符合探测技术来实现提高北斗卫星导航系统时钟同步精度，使之达到飞秒至皮秒量级，从而提高定位、测速和授时精度的系统。附图说明图1是纠缠光子对在地面站、导航卫星之间的传播路径原理示意图；图2是洪-区-曼德尔干涉仪的基本结构及信号光子与闲置光子从洪-区-曼德尔干涉仪的两个输入端口入射和从两个输出端口出射、在两个出射端口用单光子光电探测器探测并进行符合测量的原理示意图；图3是北斗导航卫星进行量子时钟同步操作时，所应携带的设备和装置示意图；图4是北斗导航系统进行量子时钟同步操作时，地面站所应携带的设备和装置示意图；图5是用两个纠缠光子经洪-区-曼德尔干涉仪干涉后的典型符合计数探测记录曲线示意图；图6是本技术中第一实施例用紫外泵浦光产生的纠缠光实现地面站与导航卫星时钟同步过程示意图；图7是本技术中第二实施例用倍频红外光产生纠缠光子示意图；图8是本技术中第三实施例对两颗北斗导航卫星进行时钟同步示意图；其中1 北斗导航卫星；2 北斗导航系统地面站；3 纠缠光子源；4 光延迟器；5 洪-区-曼德尔干涉仪；6 分束器；7 反射镜；8 单光子光电探测器；9 符合计数电路；10 信号光路径；11 闲置光路径；12 电路连接；13 滤波器；14 时钟；15 事件计时器；16 经典通信装置；17 符合计数记录曲线。具体实施方式本技术的目的是通过以下装置系统来实现的在卫星、站点、用户处安设纠缠光子产生源系统，把纠缠光子源系统产生的纠缠光子对分别发射到需要同步的两个时钟所在处，两个时钟所在处通过计时装置记录光子的到达时间，两个纠缠光子从两个时钟处通过反射等方式汇聚到空间同一处，在此处分别从洪-欧-曼德尔干涉仪中分束器的两个入射端口入射到分束器上，在分束器的两个出射端口放置两个单光子探测器对出射的光子进行光电探测，再把单光子探测器产生的电信号输入到多通道分析仪，通过多通道分析仪对两个单光子探测器的光电探测事件进行符合计数测量分析。在一条光路上安置光学延迟器，通过光学延迟器可以调节光子到达分束器的时间。调节光学延迟器，观察洪-区-曼德尔干涉仪的符合计数事件记录，使得符合计数探测记录到的符合计数事件记录达到最小， 来实现洪-区-曼德尔干涉仪的平衡。参见图1，由纠缠光子源3、光延迟器4、洪-区-曼德尔干涉仪5组成纠缠光产生与测量系统安置于北斗导航系统的地面站2中。纠缠光子源3产生的纠缠光子对，被分成两路，一路沿信号光路径11直接发射到空中的北斗导航卫星1，经北斗导航卫星1反射后， 在地面站被接收并入射到洪-区-曼德尔干涉仪5的一个入射端口。纠缠光子源3产生的纠缠光子对的另一路沿闲置光路径11，经过光延迟器4，入射到洪-区-曼德尔干涉仪5的另一个入射端口。这两束从洪-区-曼德尔干涉仪5的两个不同入射端口入射的纠缠光经洪-区-曼德尔干涉仪5进行干涉测量，籍以判断两束光到达探测器的时间同步程度。参见图2，洪-区-曼德尔干涉仪5由分束器6、反射镜7、单光子光电探测器8、符合计数电路9组成，另外可能会需要滤波器13。联系于图1，从北斗导航卫星1沿信号光路径10返回到地面站2的光入射到洪-区-曼德尔干涉仪5的一个入射端口，即第一个分束器6的一个入射端口，沿闲置光路径11的光入射到洪-区-曼德尔干涉仪5的另一个入射端口，即第一个分束器6的另一个入射端口。这两束纠缠光在经第一个分束器6形成路径纠缠态，并从第一个分束器6的两个出射端口出射，并由洪-区-曼德尔干涉仪5的两个反射镜7改变光路分别从第二个分束器6的两个入射端口入射到第二个分束器6上，在第二个分束器6上进行量子干涉。在第二个分束器6的两个出射端口处，分别用两个单光子计数探测器8接收经过第二个分束器6上进行量子干涉的出射光，必要时可能需要在单光子计数探测器8前先安放滤波器13。把从两个单光子计数探测器8输出的光电计数电信号接入符合计数电路9，对两个单光子计数探测器8接收到的光子进行符合计数测量。参见图3，北斗导航卫星1进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张同意，赵卫，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：