[发明专利]无人机载功能可定义节点量子通信方法

说明书

本发明提出的无人机载功能可定义节点量子通信方法，将量子光源、单光子探测器、量子通信编码模块、量子通信解码模块、微型原子钟等设备集成到同一光学系统中，使量子通信信号发送、量子通信信号接收、量子通信光学中继、量子时间同步等功能的实现过程能够使用相同的光学链路和跟瞄系统，根据应用需求在各种功能之间灵活切换。本发明无人机载功能可定义量子通信节点能够为多台套无人机之间建立量子通信光学级和信息级转发机制，由该节点组成的无人机群网络可在多跳量子通信链路、量子通信网络和量子时间同步网络之间自由切换，为无人机集群通信安全、基于无人机的自由空间通信安全、基于无人机的授时等功能奠定坚实基础。

技术领域

本发明属于几何光学、量子通信和授时技术的交叉学科，具体是指一种安置在无人机等空中机动平台上通过共享光学链路实现量子通信、光学中继和激光授时等多种功能按需定义的节点的量子通信方法，尤其涉及一种无人机载功能可定义节点量子通信方法。

背景技术

光通信主要分为光纤通信和自由空间激光通信两类，光纤通信的信道是光纤，具有距离远、容量大、稳定性强等诸多优点，是现有固定通信网络物理层的主要传输手段；自由空间激光通信虽然具有较大通信容量，但通信双方需要通过精准跟瞄设备互入视场，传输距离受气象条件影响较大，稳定性相对较差，尽管如此，在一些不具备光纤信道的机动通信场合，自由空间激光通信仍不失为一种有效的传输手段。

无人机是重要的自由空间激光通信系统搭载平台，具有活动范围大、灵活性强等诸多优点；通过多台套无人机协同组网，能够完成诸如作物监控、农药喷洒等大范围远程遥控作业。此外，无人机平台还能作为一种升空wifi，为覆盖范围内的用户提供转发服务。

发明内容

针对上述缺陷，本发明要解决的技术问题是如何将量子光源、单光子探测器、量子通信编码模块、量子通信解码模块、微型原子钟等多型设备集成到同一光学系统中并搭载于无人机平台内，通过关键器件透过率调控实现光学系统结构调整，利用同一台套的跟踪瞄准系统和光学链路实现双向量子通信、量子通信光学中继、量子时间同步等多种功能的灵活切换。

鉴于无人机续航时间高度取决于其载荷，无人机载激光通信系统除需考虑稳定性、安全性等要求外，还需尽可能复用各种设备以降低升空载重，本发明的目的在于提供一种无人机载功能可定义节点量子通信方法，包括集成的量子通信系统和量子时间同步系统，当无人机节点与其他节点或地面站进行双向量子通信时，所述量子通信系统双向将通过两路跟瞄系统中的一路与其他节点或地面站建立通信链路并完成通信过程；当无人机节点负责两个节点或两个地面站或另一节点与地面站之间的量子通信光学中继时，两路跟踪瞄准系统同时运行，将所述量子通信系统双向输出信号的光学原件调控为反射镜；当无人机节点与其他节点或地面站进行量子时间同步时，由原子钟驱动的量子纠缠分发系统完成时钟信号的发送和接收，解算两个原子钟之间的钟差信号并完成量子时间同步功能。

优选的，上述量子通信系统由量子光源、量子通信信号调制模块、量子通信信号解调模块、经典无线通信信号模块集成而成。

优选的，上述量子时间同步系统由微型原子钟和量子纠缠分发系统集成而成。

优选的，上述方法通过控制四个光学镜片可具备双向量子通信、量子通信光学中继转发和量子时间同步三种功能的自由切换能力。

本发明提供一种无人机载功能可定义节点量子通信方法，具备A和B两个节点， A节点与B节点之间的双向量子通信功能工作流程如下：

步骤1、A节点纠缠光源发送纠缠光子，控制第一光学镜片使纠缠光子通过调制模块并进行编码，经光学环形器后通过全通第三光学镜片，控制第四光学镜片使其沿着上路跟瞄系统传输并将量子通信信号通过自由空间光路传递至B节点处；

步骤2、B节点处发送的量子通信信号通过跟瞄系统接收后，经过第四光学镜片、第三光学镜片和环形器输入第二光学镜片，通过控制第二光学镜片使其通过解码模块并进行解码，最后通过单光子探测器探测。