[发明专利]一种基于微波和光纠缠的导航时钟同步装置和方法

说明书

本发明涉及一种基于微波和光纠缠技术的导航时钟同步方法和相应装置,其由地面站模块和机上模块组成，地面站模块包括：发射端电‑光‑力转换器，接收端电‑光‑力转换器，第1微波波导喇叭形天线、第2微波波导喇叭形天线、第3微波波导喇叭形天线，第1单光子探测器、第2单光子探测器，以及符合探测终端；机上模块包括：机上微波波导喇叭形天线，机上接收端电‑光‑力转换器，第4单光子探测器以及现场可编程门阵列器件；本发明将电‑光‑力转换器所制备的微波‑光纠缠用于导航领域，保留了微波在自由空间的传播特性，并将困难的微波光子探测转换成成熟高效的光波光子探测，有利于将量子特性引入导航，从而提升导航的性能。

技术领域

本发明涉及导航时钟技术领域，具体涉及一种基于微波和光纠缠技术的导航时钟同步方法和相应装置。

背景技术

时钟同步技术对于进行高效、准确的导航具有十分重要的意义。导航过程中的钟差将导致实时定位产生较大误差，即使是较小的钟差，经过累积之后也将对位置参量的获取产生巨大影响，甚至导致完全不可用。如果地面站想对飞机进行实时定位，飞机的飞行速度为900km/s(也就是250m/s)，如果地面站与飞机之间存在10s的钟差，将导致地面站所获取的飞机位置与当时飞机的真实位置之间存在2.5km的误差，且累积之后还将导致更大的定位误差。可见，精确的时钟同步是进行精确导航的前提。

为了在导航时钟同步中获得更高的同步精度，将量子特性引入导航时钟同步，从而获得更好的导航性能。在当前所提出的量子同步方法中，几乎均采用光波段信号作为实现载体。这是因为光波段的光子能量较高，方便制备和观测量子现象，而微波波段光子能量较低，纯粹依靠微波信号进行量子现象的制备和观测，将面临极为苛刻的工作条件的要求，因此一直以来都不被作为研究量子现象的主流。然而，微波相较于光波在自由空间的传播上具有极大优势，且目前几乎所有的导航设备均被设计在微波波段工作，因此要将量子特性引入导航，必须同时考虑微波在其中的应用。

目前，腔光力学中出现了对于电-光-力转换器的研究，这种转换器可以有效地进行微波-光纠缠。但是在应用基于电-光-力转换器的微波-光纠缠以提升导航性能上，还没有相关记载或披露。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于电-光-力转换器的微波-光纠缠的量子时钟同步装置，包括地面站模块和机上模块，地面站模块包括：发射端电-光-力转换器，接收端电-光-力转换器，第1微波波导喇叭形天线、第2微波波导喇叭形天线、第3微波波导喇叭形天线，第1单光子探测器、第2单光子探测器，以及符合探测终端；其中发射端电-光-力转换器通过第1微波波导喇叭形天线输出微波至自由空间；是到达飞机时被其反射的部分微波信号，其通过第3微波波导喇叭形天线接收至接收端电-光-力转换器，接收端电-光-力转换器发射光信号至第1单光子探测器，第1单光子探测器输出连接符合探测终端；发射端电-光-力转换器输出光信号至第2单光子探测器，第2单光子探测器输出连接符合探测终端；符合探测终端发射包含钟差信息的微波信号至第2微波波导喇叭形天线，并分时通过第2微波波导喇叭形天线接收包含信号探测结果的经典微波信号

机上模块包括：机上微波波导喇叭形天线，机上接收端电-光-力转换器，第3单光子探测器，以及实现数据存储和信号调制解调的现场可编程门阵列器件；机上微波波导喇叭形天线接收的部分微波信号并将传输至机上接收端电-光-力转换器，机上接收端电-光-力转换器发射光信号至第3单光子探测器，第3单光子探测器输出至现场可编程门阵列器件，现场可编程门阵列器件发射包含信号探测结果的经典微波信号至双机上微波波导喇叭形天线，机上微波波导喇叭形天线将发射至自由空间。

进一步的，电-光-力转换器的品质因数Q为30×10³，电-光-力转换器机械振子的质量为10ng，电-光-力转换器光腔的腔长l为1μm，频谱线宽为δ＝100MHz；

符合探测终端为高速纠缠光子对探测系统ATU-CPDS，触发频率为1.25GHz，通道数为2；