[发明专利]基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统

权利要求书

1.一种基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统，其特征在于，包括：三颗量子卫星、一个地面站以及用户侧设备；三颗量子卫星具有相同结构，且均采用相同的方式与地面站及用户侧设备进行通信；每一量子卫星中均包括：纠缠光子源、极化分束器、第一ATP装置与第二ATP装置、第一单光子探测器与第二单光子探测器以及双通道数据采集器；其中：

所述第一ATP装置、第二ATP装置分别对应与地面站、用户侧设备内的ATP装置通信，建立星地间两条量子通信链路；极化分束器将纠缠光子源产生的量子纠缠光子对分为两束后对应的传输给第一ATP装置与第二ATP装置，并由第一ATP装置、第二ATP装置通过相应的量子通信链路对应的传输给地面站、用户侧设备内的ATP装置；第一单光子探测器、第二单光子探测器分别对应的连接第一ATP装置、第二ATP装置，探测沿量子通信链路反射回的量子纠缠光，两个单光子探测器均输出由探测到的单光子产生的数字脉冲信号至双通道数据采集器；

用户侧设备通过量子通信链路接收每一颗量子卫星内双通道数据采集器输出的两路数字脉冲信号，并通过后处理实现测距与定位；

其中，根据接收的量子卫星R_i发送的记录单光子到达时间信息的两路数字脉冲信号，解算出两路量子纠缠光分别在量子卫星R_i与地面站R₀之间，以及量子卫星R_i与用户侧设备r之间的两条量子通信链路上传输的到达时间差为Δt_i，其中，i＝1,2,3；

量子卫星R_i与地面站R₀以及量子卫星R_i与用户侧设备r之间距离差方程表示为：

(|R_i-r|+δ_ir)-(|R_i-R₀|+δ_i0)＝cΔt_i/2；

上式中，δ_ir是量子卫星R_i向用户侧设备r发射的量子纠缠光在大气层中传输时产生的距离误差，δ_i0是量子卫星R_i向地面站R₀发射的量子纠缠光在大气层中传输时产生的距离误差；|R_i-r|和|R_i-R₀|分别是量子卫星R_i与用户侧设备r和量子卫星R_i与地面站R₀之间的实际距离；

将两条量子通信链路的距离差方程重写，得到量子卫星R_i与用户侧设备r之间的测量距离L_i为：

L_i＝|R_i-r|+(δ_ir-δ_i0)＝|R_i-R₀|+cΔt_i/2；

由接收到的量子卫星R_i的空间位置坐标(x_i,y_i,z_i)和地面站R₀的空间位置坐标(x₀,y₀,z₀)得到|R_i-R₀|，通过符合解算模块解算出的到达时间差Δt_i和光速c得到cΔt_i/2，带入上式计算得到L_i，其中δ_ir-δ_i0表示大气干扰造成的距离测量误差。

2.根据权利要求1所述的一种基于三颗量子卫星与一地面站的星基量子测距与定位系统，其特征在于，包括：量子卫星中的第一ATP装置与第二ATP装置内均设有信标光源；利用信标光分别在量子卫星与地面站，以及量子卫星与用户侧设备之间建立星地量子通信链路；之后，量子纠缠光沿着量子通信链路进行发射与接收；地面站和用户侧设备内的ATP装置均包括一个角锥反射镜，用于将发射来的量子纠缠光原路反射回量子卫星。