[实用新型]一种自适应多波段水下无线量子密钥分发系统

说明书

本实用新型公开了一种自适应多波段水下无线量子密钥分发系统，包括发射端和接收端；在基于BB84通信协议的基础上，所述发射端和接收端双端实时交互，且根据信道实时变化引起量子误码率QBER的变化情况，经由可调光学模组生成不同波长的量子光信号和经典光信号进行水下无线量子密钥分发和水下无线经典光通信；本实用新型可以基于不同水体的水信道或同一水体水信道的实时变化情况，自动调整信号光波长，实时适应水信道的变化，降低误码率，最终实现当前信道下水下无线量子密钥分发系统的最大密钥生成率。

技术领域

本实用新型属于量子密钥分发技术领域，具体涉及一种自适应多波段水下无线量子密钥分发系统。

背景技术

在水下传感网络、潜艇及各种水下航行器通信需求的驱动下，近年来水下无线光通信得到了迅速发展，而水下无线量子密钥分发(Quantum Key Distribution-QKD)可为其提供绝对安全的保密手段。

常见的水体主要分为淡水和海水。淡水的主要成分是纯水和碳酸盐、硫酸盐及钙等溶解物，而海水主要由纯水和氯化物等溶解物等构成。

根据淡水和海水的光的吸收系数，我们可以发现淡水和海水的最佳波长均400-570nm之间，对于 300nm以下和600nm以上的光，淡水和海水的吸收作用较强。

因为水体中溶解了不同浓度的混合有机物，这些混合的有机物对红光的吸收较小，但随着波长减小，其吸收作用越来越明显。而当混合有机物的浓度增加到一定程度会导致水体呈现黄褐色，所以这些有机溶解物又被称作黄色物质。黄色物质主要来源于陆地或者水底植物的腐烂，因而近岸、海底水域的黄色物质浓度是最高的，在海洋、湖泊、河流的中部，黄色物质的含量大幅度降低，因而其带来的衰减影响也较小。一般来说，黄色物质主要吸收蓝色波段的光。

水体的组成并非一成不变的。比如降水、地表径流会使得海水的密度、盐度和水体浑浊度发生变化；藻类、水草等水体植物大量繁殖的时期，水下暗流、海洋地质活动等带起海底的泥沙和水生植物；气温变化引起水体中浮游生物急剧生长、腐烂等，这些都会改变水体的组成，使得水信道发生变化。

目前水下无线量子密钥分发和水下无线光通信中有两个亟待解决的问题，即水体自身对光的吸收所带来的衰减和水信道的实时变化引起的信道衰减系数的变化。在现有的技术下，我们无法改变水信道的固有环境，所以我们只能通过调整水下通信装置去适应不同的水信道以降低QBER(Quantum Bit Error Ratio)误码率。而如上所说，在实际通信过程中，水信道的是动态变化的。因此，一种可以在水下可以根据水体信道动态变化而自动实时调整，选择最优的波长进行密钥分发和通信，从而提升传输效率的系统就显得尤为重要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种自适应多波段水下无线量子密钥分发系统，本实用新型可以在水下无线量子密钥分发之前和分发时，根据信道的实时变化、衰减情况，自动调整量子信号和经典信号光的波长，实现当前信道环境下的最低量子误码率QBER，解决了现有技术中由于水体动态变化而导致密钥传输效率和通信效率低下的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种自适应多波段水下无线量子密钥分发系统，所述分发系统包括：发射端、接收端；在基于BB84通信协议的基础上，所述发射端和接收端双端实时交互，且根据信道实时变化引起量子误码率QBER的变化情况，经由可调光学模组生成不同波长的量子光信号和经典光信号进行水下无线量子密钥分发和水下无线经典光通信，所述发射端包括发射端量子通信模块、发射端经典通信模块、发射端控制处理模块；所述发射端量子通信模块与所述发射端控制处理模块相连接，所述发射端经典通信模块与所述发射端控制处理模块相连接，所述接收端包括接收端量子通信模块、接收端经典通信模块、接收端控制处理模块；所述接收端量子通信模块与所述接收端控制处理模块相连接，所述接收端经典通信模块与所述接收端控制处理模块相连接。也就是说发射端和接收端的经典通信模块进行双向经典通信，完成信息的交互。

量子误码率QBER的计算公式如下：