[发明专利]一种基于三颗量子卫星的定位与导航方法与系统

摘要

本发明公开了一种基于三颗量子卫星的定位与导航方法与系统，该方案是将纠缠光子对发生器产生的两路相互纠缠的光子进行HOM(Hong‑Ou‑Mnadel)干涉后作为单光子探测器的输入信息，输出得到数字脉冲信号送至符合测量单元进行符合相关，测出两路光子的到达时间差(TDOA)送至数据解算单元，实时计算出被测对象的位置信息，实现高精度的定位。通过ATP装置中的超前瞄准模块将光子超前瞄准到移动的被测对象上，对移动的被测对象进行捕获跟踪和实时的定位，完成对移动的被测对象的导航。该方案采用三颗量子卫星，实现了最小卫星数量的量子定位与导航方案，降低了整个方案的成本，并可确保定位与导航方案的精确度。

主权项

1.一种基于三颗量子卫星的定位与导航系统，其特征在于，包括：纠缠光子对发生器、分束器、第一与第二ATP装置、角锥反射器、可调光延迟器、50:50分光镜、第一与第二单光子探测器、符合测量单元、信号接收单元以及数据解算单元；将上述器件按照预定方式分别设置于卫星端与地面用户端，则能够形成星基定位与导航系统或者地基定位与导航系统；定位与导航过程如下：纠缠光子对发生器产生具有纠缠压缩特性的双光子对，通过分束器对所产生的双路光子的量子光进行分束处理；如果是星基定位与导航系统，一路光子作为信号光沿着第一与第二ATP装置建立的量子通信链路发射至与第二ATP装置连接的角锥反射器，再原路返回进入50:50分光镜；如果是地基定位与导航系统，一路光子作为信号光以与信标光轴偏离一个超前瞄准角，沿着第一与第二ATP装置建立的量子通信链路发射至与第二ATP装置连接的角锥反射器，再原路返回地面进入50:50分光镜；另一路光子作为闲置光经过可调光延迟器后也进入50:50分光镜；第一与第二单光子探测器分别对50:50分光镜出射的光子进行光电探测，得到两路数字脉冲信号；如果是星基定位与导航系统，将得到的两路数字脉冲信号送入符合测量单元进行符合相关计数得到两路光子的到达时间差TDOA，然后地面信号接收单元通过量子通信链路接收每一卫星端中两路光子的TDOA，通过信标光链路接收三个量子卫星坐标，再送入数据解算单元；如果是地基定位与导航系统，将得到的两路数字脉冲信号送入符合测量单元进行符合相关计数得到两路光子的TDOA，然后将TDOA直接输入信号接收单元，同时信号接收单元通过信标光链路接收三个量子卫星坐标，再送入数据解算单元；之后，由数据解算单元，根据所获得的TDOA与三颗量子卫星坐标，完成对静止的被测对象的定位；对于地面移动的被测对象进行导航时，在星基定位与导航系统中，作为信号光的量子光以与信标光轴偏离一个超前瞄准角，经过第一ATP装置中的光学天线发射至地面的超前瞄准镜，超前瞄准镜以与信标光轴偏离一个超前瞄准角反射至移动的卫星；在地基定位与导航系统中，量子光以与信标光轴偏离一个超前瞄准角，经过第一ATP装置中的光学天线发射到卫星的超前瞄准镜，超前瞄准镜以与信标光轴偏离一个超前瞄准角反射回地面移动的被测对象，然后对移动的被测对象进行捕获跟踪和实时的定位，完成对移动的被测对象的导航。