[发明专利]一种大气湍流光信道共享随机比特提取方法

权利要求书

1.一种对发射功率起伏不敏感的大气湍流光信道共享随机比特提取方法，其特征在于，所需的硬件系统和执行操作如下：

需要激光收发端机A和激光收发端机B，激光收发端机A和激光收发端机B之间的双向传输信道是互易的；激光收发端机A包括激光器A、光纤分光器A、收发光学系统A、探测器A0、探测器A1和计算机A；激光收发端机B包括激光器B、光纤分光器B、收发光学系统B、探测器B0、探测器B1和计算机B；激光器A发出的激光信号经光纤分光器A分光后，一部分进入收发光学系统A并发射到大气湍流信道中，另一部分则入射到探测器A0上；激光器A发出的经大气湍流信道传输后到达收发光学系统B的那部分激光信号被收发光学系统B接收后入射到探测器B1上；激光器B发出的激光信号经光纤分光器B分光后，一部分进入收发光学系统B并发射到大气湍流信道中，另一部分则入射到探测器B0上；激光器B发出的经大气湍流信道传输后到达收发光学系统A的那部分激光信号被收发光学系统A接收后入射到探测器A1上；探测器A0和探测器A1输出的电信号都传送给计算机A，计算机A实时采集探测器A0输出的电信号和探测器A1输出的电信号；探测器B0和探测器B1输出的电信号都传送给计算机B，计算机B实时采集探测器B0输出的电信号和探测器B1输出的电信号；

本方法的实现分成三个部分，分别是第一部分、第二部分和第三部分；

1)本方法的第一部分使激光收发端机A和激光收发端机B正常工作，具体包括以下操作：

使激光器A和激光器B正常工作，使探测器A0、探测器A1、探测器B0和探测器B1正常工作，使计算机A和计算机B正常工作，使收发光学系统A和收发光学系统B相互对准并正常工作；

2)本方法的第二部分实现对探测器A0、探测器A1、探测器B0和探测器B1输出的电信号的采样和量化，具体包括操作S1和操作S2：

S1:在从时刻t_b到时刻t_e的时间段内，计算机A每隔时间间隔δ_s就分别对探测器A0和探测器A1输出的电信号进行一次采样和量化；把每次对探测器A0输出的电信号执行采样和量化操作得到的采样值保存在计算机A的存储器中，形成采样值序列LISTA0，采样值序列LISTA0的第一个采样值是对探测器A0输出的电信号进行第一次采样和量化得到的采样值，采样值序列LISTA0的第二个采样值是对探测器A0输出的电信号进行第二次采样和量化得到的采样值，以此类推；把每次对探测器A1输出的电信号执行采样和量化操作得到的采样值保存在计算机A的存储器中，形成采样值序列LISTA1，采样值序列LISTA1的第一个采样值是对探测器A1输出的电信号进行第一次采样和量化得到的采样值，采样值序列LISTA1的第二个采样值是对探测器A1输出的电信号进行第二次采样和量化得到的采样值，以此类推；

S2:在从时刻t_b到时刻t_e的时间段内，计算机B每隔时间间隔δ_s就分别对探测器B0和探测器B1输出的电信号进行一次采样和量化；把每次对探测器B0输出的电信号执行采样和量化操作得到的采样值保存在计算机B的存储器中，形成采样值序列LISTB0，采样值序列LISTB0的第一个采样值是对探测器B0输出的电信号进行第一次采样和量化得到的采样值，采样值序列LISTB0的第二个采样值是对探测器B0输出的电信号进行第二次采样和量化得到的采样值，以此类推；把每次对探测器B1输出的电信号执行采样和量化操作得到的采样值保存在计算机B的存储器中，形成采样值序列LISTB1，采样值序列LISTB1的第一个采样值是对探测器B1输出的电信号进行第一次采样和量化得到的采样值，采样值序列LISTB1的第二个采样值是对探测器B1输出的电信号进行第二次采样和量化得到的采样值，以此类推；

3)本方法的第三部分根据采样值序列LISTA0、采样值序列LISTA1、采样值序列LISTB0、采样值序列LISTB1提取比特序列，具体包括以下执行步骤：

步骤Step301：在计算机A中，针对采样值序列LISTA1中的第i个采样值，i＝1,2,3,…,NUM，NUM表示采样值序列LISTA1中的采样值个数，令SA＝LA1[i]×LA0[i]/M_a0，LA1[i]表示采样值序列LISTA1中的第i个采样值，LA0[i]表示采样值序列LISTA0中的第i个采样值，M_a0表示采样值序列LISTA0中的最大采样值，把采样值序列LISTA1中的第i个采样值的值更新为SA；

步骤Step302：在计算机B中，针对采样值序列LISTB1中的第j个采样值，j＝1,2,3,…,NUM，令SB＝LB1[j]×LB0[j]/M_b0，LB1[j]表示采样值序列LISTB1中的第j个采样值，LB0[j]表示采样值序列LISTB0中的第j个采样值，M_b0表示采样值序列LISTB0中的最大采样值，把采样值序列LISTB1中的第j个采样值的值更新为SB；

步骤Step303：针对采样值序列LISTA1中的第i个采样值，i＝1,2,3,…,NUM，如果采样值序列LISTA1中的第i个采样值大于判决阈值T_a，则计算机A从采样值序列LISTA1中提取的第i个比特为1，否则计算机A从采样值序列LISTA1中提取的第i个比特为0；

步骤Step304：针对采样值序列LISTB1中的第j个采样值，j＝1,2,3,…,NUM，如果采样值序列LISTB1中的第j个采样值大于判决阈值T_b，则计算机B从采样值序列LISTB1中提取的第j个比特为1，否则计算机B从采样值序列LISTB1中提取的第j个比特为0；

步骤Step305：利用量子密钥分配后处理中的误码估计、密钥协商、错误校验技术纠正计算机A提取的包含NUM个比特的比特序列与计算机B提取的包含NUM个比特的比特序列中的不一致比特，使得计算机A和计算机B拥有相同的比特序列；

前述判决阈值T_a和判决阈值T_b按如下方法确定：把执行完步骤Step301后的采样值序列LISTA1的每个采样值看作一个随机观测值，在计算机A中计算采样值序列LISTA1的采样值的经验累积分布函数F_a(x)，并计算把执行完步骤Step302后的采样值序列LISTB1的每个采样值看作一个随机观测值，在计算机B中计算采样值序列LISTB1的采样值的经验累积分布函数F_b(x)，并计算