[发明专利]一种基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的系统及方法

摘要

本发明提供一种基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的系统及方法，采用扩展卡尔曼滤波算法来实时获取相位漂移参数值，利用相位与电压的关系，将最终的电压差通过反馈链路送达接收端的相位调制器，从而控制相位调制器相位的变化，达到实时的主动相位补偿。本发明的基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的系统及方法减少了获取相位漂移参数的运算量和运行时间，加快了相位漂移参数曲线的收敛速度，实现了实时获取相位漂移参数，收敛速度快，效率高；提高了QKD系统的稳定性，降低了误码率；只采用数学方法就可求得相位漂移参数，不需要增加硬件和软件设置，且计算量小；实现了QKD系统的长距离传输。

主权项

1.一种基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1、通过准单光子源生成器生成准单光子源；步骤S2、通过第一偏振分束器将光脉冲序列分解为两个正交的第一光量子态和第二光量子态，并分别传送至第一光子支路和第二光子支路；通过第一相位调制器对第一光子支路的第一光量子态进行相位编码调制；通过第二偏振分束器将第一光子支路的调制后的第一光量子态和第二光子支路的第二光量子态相干合成为脉冲序列，并传送至光纤传输；步骤S3、通过第三偏振分束器将从光纤接收的脉冲序列分解为正交的第一光量子态和第二光量子态，并分别传送至第一光子支路和第二光子支路；通过第二相位调制器对第二光子支路的第二光量子态进行相位编码调制；通过第四偏振分束器将第一光子支路的第一光量子态和第二光子支路调制后的第二光量子态进行相干合成，并将输出的光子送入第一单光子探测器或第二单光子探测器；步骤S4、以至少一个调制周期的相位范围对第二相位调制器的调制电压进行逐点扫描，从最小电压一直扫描到最大电压，在扫描的每个调制电压上都进行N个光脉冲的计数累计，并记录该调制电压点对应的光子累计数值；当完成一个调制周期上的所有电压点的扫描后，得到一组电压单光子数；步骤S5、根据电压单光子数和QKD系统的干涉输出方程得到系统方程和量测方程，再利用扩展卡尔曼滤波算法进行计算，以得到某时刻的相位漂移参数；步骤S6、若则将相位漂移参数值通过反馈链路送达接收端的第二相位调制器，以进行相位漂移的实时主动补偿；若不作处理；所述步骤S5中，所述系统方程为：其中，所述系统方程表示当前时刻的值等于前一时刻的值；所述量测方程：其中，N_out是单光子输出计数值，N_max是一个周期内最大单光子输出值，N_min是一个周期内最小单光子输出值，为相位漂移参数，V为调制电压。