[发明专利]基于卫星云图的星地量子密钥分发的成码量估算方法及系统

权利要求书

1.基于卫星云图的星地量子密钥分发的成码量估算方法，其包括卫星轨道预估步骤、云图分析步骤和成码量估算步骤，其中：

在所述卫星轨道预估步骤中，根据星历数据预估卫星轨道；

在所述云图分析步骤中，获取所述卫星轨道下方的云层的原始卫星云图，基于所述原始卫星云图中的可见光云图和红外光云图计算得出所述云层的云层分布和/或云顶高度，以计算星地自由空间信道的大气衰减值；以及，

在所述成码量估算步骤中，基于所述星地自由空间信道的大气衰减值估算单次密钥提取过程中的成码量。

2.如权利要求1所述的成码量估算方法，其中，

在所述云图分析步骤中，根据所述云层分布和/或云顶高度，计算所述卫星轨道中多个位置上星地自由空间信道的大气衰减值，基于所述多个位置上的星地自由空间信道的大气衰减值拟合得到卫星轨道的至少一部分上的星地自由空间信道的大气衰减值。

3.如权利要求2所述的成码量估算方法，其中，所述拟合通过插值和平滑处理来实现。

4.如权利要求1所述的成码量估算方法，其还包括基于所述星地自由空间信道的大气衰减值和所述星历数据，估算得出可星地对接的时刻表的步骤。

5.如权利要求1所述的成码量估算方法，其还包括扫描所述卫星轨道，以记录量子密钥分发设备中的单光子探测器在没有卫星信号输入时的计数的步骤。

6.如权利要求5所述的成码量估算方法，其中，所述成码量估算步骤进一步设置成：

基于所述星地自由空间信道的大气衰减值确定所述星地自由空间信道的效率；

基于所述单光子探测器在没有卫星信号输入时的计数确定系统噪声；

基于量子密钥分发协议确定系统参数；

基于所述星地自由空间信道的效率、所述系统噪声和所述系统参数估算所述成码量。

7.如权利要求6所述的成码量估算方法，其中，所述成码量估算步骤进一步设置成：

基于时刻T(i)的所述系统噪声、所述星地自由空间信道的效率、以及所述系统参数，仿真计算所述时刻T(i)的信号态增益Qu、诱骗态增益Qv、信号态误码率Eu、诱骗态误码率Ev、暗计数率Y₀、暗计数N₀中的部分或全部，并仿真计算以所述时刻T(i)为起始时刻并持续时间dT(i)的时间段i内的信号态计数，其中：T(i+1)＝T(i)+dT(i)，i为自然数，T(1)为所述单次密钥提取过程的起始时刻，并且，在所述时间段i内，星地量子密钥分发系统中的各个参数均保持不变，与所述时间段i的起始时刻T(i)时的参数保持一致；所述信号态增益Qu为所述星地量子密钥分发的发送端发送平均光子数为u的信号态且触发所述单光子探测器响应的概率，所述诱骗态增益Qv为所述发送端发送平均光子数为v的诱骗态且触发所述单光子探测器响应的概率，所述信号态误码率Eu为平均光子数为u的信号态的误码率，所述诱骗态误码率Ev为平均光子数为v的诱骗态的误码率，Y₀为所述发送端发送真空态且触发所述单光子探测器暗计数响应的概率，N₀为暗计数的总计数；

将所述单次密钥提取过程中各个时间段i的仿真计算的信号态计数求和，并将信号态计数总和与预设值M进行比较；

当所述信号态计数总和等于或大于所述预设值M时，计算所述单次密钥提取过程的信号态增益Qu、信号态误码率Eu、Q₁和e₁的平均值，其中，Q₁为所述发送端发送单光子信号并触发所述单光子探测器响应的概率，e₁为单光子信号的误码率；

根据所述信号态增益Qu、信号态误码率Eu、Q₁和e₁的平均值，估算所述单次密钥提取过程的成码量。

8.如权利要求7所述的成码量估算方法，其中：所述dT(i)被设置成相同数值；以及/或者，所述dT(i)被设置成1秒。