系统仿真学报 ›› 2021, Vol. 33 ›› Issue (2): 377-388.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.19-0543
丛爽, 段士奇
收稿日期:2019-10-10
修回日期:2020-01-03
出版日期:2021-02-18
发布日期:2021-02-20
第一作者简介:丛爽(1961-),女,博士,教授,博导,研究方向为量子系统控制、量子导航定位系统设计等。E-mail:scong@ustc.edu.cn
基金资助:Cong Shuang, Duan Shiqi
Received:2019-10-10
Revised:2020-01-03
Online:2021-02-18
Published:2021-02-20
摘要: 对星地量子测距过程中利用捕获跟踪瞄准(Acquisition tracking and pointing,ATP)系统进行纠缠光子对收发和利用符合计数原理计算纠缠光子对到达时间差(Time difference of arrival,TDOA)的两个关键过程进行了仿真实验研究。根据“墨子号”量子卫星真实的6个轨道参数,对卫星的运动轨迹以及地面用户对从卫星上发射到地面信号的ATP过程进行系统仿真实验研究。分析并设计了ATP系统的结构;借助于Simulink环境下的仿真软件,建立ATP时域仿真系统,将所计算出的“墨子号”方位角与俯仰角位置信号作为ATP系统的输入信号,对所建立的ATP系统进行星地纠缠光收发的捕获跟踪瞄准过程进行了系统仿真实验,跟踪精度达到了2 μrad;在实现地面用户对量子卫星的精确跟踪的基础上,设计并进行纠缠光子对收发及其符合计数的仿真实验;拟合出纠缠光子对皮秒级误差的到达时间差,实现了精确的量子测距过程,为量子导航系统的实现提供了一定的理论及仿真实验基础。
中图分类号:
丛爽,段士奇 . 基于量子卫星“墨子号”的量子测距过程仿真实验研究[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(2): 377-388.
Cong Shuang,Duan Shiqi . Simulation Experiment of Quantum Ranging Process Based on the “Mozi” Quantum Satellite[J]. Journal of System Simulation, 2021, 33(2): 377-388.
| [1] Grewal M S, Weill L R, Andrews A P. Global Positioning Systems, Inertial Navigation,Integration[M]. Hoboken, U.S.: John Wiley & Sons, 2007. [2] Coffed J. The Threat of Gps Jamming: The Risk to an Information Utility[EB/OL]. Harris.com, 2020. [2020-02-14]. https://www.harris.com/sites/default/files/ downloads/solutions/d0783-0063_threatofgpsjamming_v2 _mv.pdf. [3] Giovannetti V, Lloyd S, Maccone L.Quantum-enhanced Measurements: Beating the Standard Quantum Limit[J]. Science (S1095-9203), 2004, 306(5700): 1330-1336. [4] Jono T, Toyoda M, Nakagawa K, et al.Acquisition, Tracking, and Pointing Systems of OICETS for Free Space Laser Communications[C]// SPIE. Bellingham, WA, United States: International Society for Optics and Photonics, 1999: 41-50. [5] Tolker-Nielsen T, Oppenhauser G.In-orbit Test Result of an Operational Optical Intersatellite Link Between ARTEMIS and SPOT4, SILEX[C]// SPIE. Bellingham, WA, United States: International Society for Optics and Photonics, 2002: 1-15. [6] Oaida B V, Abrahamson M J, Witoff R J, et al.OPALS: An Optical Communications Technology Demonstration from the International Space Station[C]// 2013 IEEE Aerospace Conference. Montana. U.S.: IEEE, 2013: 1-20. [7] 苑博睿, 杨春燕, 杜鹏亮. 基于量子纠缠对的二阶相关星地时钟同步研究[J]. 空军工程大学学报(自然科学版), 2014, 15(4): 79-82 Yuan Borui, Yang Chunyan, Du Pengliang.Research on Clock Synchronization between Satellite and Ground Station Based on Second Order Correlation of the Quantum Entangled Photons[J]. Journal of Air Force Engineering University (Natural Science Edition), 2014, 15(4): 79-82 [8] 丛爽, 宋媛媛, 尚伟伟, 等. 三颗量子卫星组成的导航定位系统探讨[J]. 导航定位学报, 2019, 7(1): 1-9. Cong Shuang, Song Yuanyuan, Shang Weiwei, et al.Discussion on Navigation and Positioning System Composed of Three Quantum Satellites[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2019, 7(1):1-9. [9] Kozai Y.The Motion of a Close Earth Satellite[J]. The Astronomical Journal (S1538-3881), 1959, 64(8): 367. [10] Urban S E, Seidelmann P K.Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac[M]. California, U.S.: University Science Books, 2013. [11] Evans B.Satellite Communication Systems[M]. London, U.K.: Institution of Electrical Engineers, 2008. [12] 方晓松. 卫星轨道建模与仿真技术研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2010. Fang Xiaosong.Research on Satellite Orbit Modeling and Simulation Technology[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2010. [13] Soler T, Eisemann D W.Determination of Look Angles to Geostationary Communication Satellites[J]. Journal of Surveying Engineering (S1943-5428), 1994, 120(3): 115-127. [14] Duan S, Cong S, Zou Z, et al.Modelling and Simulation of the Quantum Ranging and Positioning System[J]. International Journal of Modelling and Simulation (S0228-6203), 2019, 40(6): 1-15. [15] Kaushal H, Kaddoum G.Optical Communication in Space: Challenges and Mitigation Techniques[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials (S1553-877X), 2016, 19(1): 57-96. [16] 丛爽, 汪海伦, 邹紫盛, 等. 量子导航定位系统中的捕获和粗跟踪技术[J]. 空间控制技术与应用, 2017, 43(1): 1-10. Cong Shuang, Wang Hailun, Zou Zisheng, et al.Techniques of Acquisition and Coarse Tracking in the Quantum Navigation and Positioning System[J]. Aerospace Control and Application, 2017, 43(1): 1-10. [17] 丛爽, 邹紫盛, 尚伟伟, 等. 量子定位系统中的精跟踪系统与超前瞄准系统[J]. 空间电子技术, 2017, 14(6): 8-19. Cong Shuang, Zou Zisheng, Shang Weiwei, et al.Fine Tracking System and Advanced Targeting System in Quantum Positioning System[J]. Space Electronic Technology, 2017, 14(6): 8-19. [18] Zepernick H J, Finger A.Pseudo Random Signal Processing: Theory and Application[M]. Hoboken, U.S.: John Wiley & Sons, 2013. |
| [1] | 董志明, 胡忠奇, 戴浩然, 高建成. 基于大语言模型的作战仿真想定自动化生成方法[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1129-1145. |
| [2] | 李校男, 晁涛, 马萍, 杨明, 王玉轩. 基于期望最大化方法的非线性SSM黑箱鲁棒辨识[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1146-1158. |
| [3] | 刘银钢, 马明, 张荣华. 基于大语言模型的兵棋推演动态任务规划[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1187-1204. |
| [4] | 苏泓嘉, 张成, 刘飞. 基于模糊功能依赖网分析的体系效能评估方法[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1224-1238. |
| [5] | 梅华威, 杨鹏慧, 余洋. 计及数据漂移改进PatchTST的超短期光伏功率预测[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1239-1254. |
| [6] | 李权, 苏鹏, 万海英, 张承玺, 何志坚, 倪艺洋, 赵忠盖, 刘飞. 基于多阶段LHS-EPRCC方法的青霉素发酵过程建模[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1255-1276. |
| [7] | 周子聪, 曾俊杰, 胡越, 朱正秋, 尹全军. 基于次优示例引导的兵棋推演多智能体强化学习方法[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1277-1289. |
| [8] | 石敏, 郭诗盛, 王素琴, 李兆歆, 朱登明. 融合物理与几何先验的无抓取标注6-DoF抓取检测方法[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1290-1302. |
| [9] | 姜彦吉, 肖星佚, 董浩, 于淼, 黄金山, 刘大千, 费博雯. 融合点线特征的图关系优化3D车道线检测方法[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1303-1319. |
| [10] | 张鑫, 张平, 张琛, 刘威, 韩博阳. 非均质土壤条件下挖掘阻力计算模型研究[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1320-1332. |
| [11] | 王伟, 刘东, 崔新豪, 李博, 肖依永, 任羿. 复杂项目多级动态挣值管理数字化模型及应用[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1350-1364. |
| [12] | 彭莉峻, 苏庭琪, 刘沛津, 何林, 周协武, 张闽心. 融合人体关键点的实验室PPE规范穿戴检测方法[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1365-1382. |
| [13] | 滕靖, 童文聪, 张中杰, 姚幸, 李君羡. 有轨电车交叉口速度自动引导方法及仿真评价[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1426-1439. |
| [14] | 蒋圣超, 裴云庆, 翟宏营, 吴国键, 高放. 基于块编码绝热量子牛顿‒拉夫逊法的潮流计算[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1453-1465. |
| [15] | 秦浪, 谢嘉成, 乔晓军, 王学文, 肖智杰. 执行器位姿异常的机器人轨迹规划调整方法[J]. 系统仿真学报, 2026, 38(5): 1466-1483. |
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