量子雷达及其研究进展

量子雷达是近年来发展起来的一种新体制雷达,诞生之初便引起了国内外众多学者和研究机构的浓厚兴趣.本文首先从量子雷达技术特点出发,精炼了量子雷达的科学内涵,给出量子雷达基本概念与分类方法,指出其相对于传统雷达的性能优势;然后着眼于量子雷达起源、发展和现状,综述了量子雷达发展历程,总结归纳其具备突破传统雷达在探测、测量和成像等方面性能极限的应用潜力;最后,展望量子雷达的发展前景,提出了量子雷达走向实际应用的若干开放性问题.     

量子雷达应用述评

量子雷达是一种利用量子现象进行目标状态感知与信息获取的远程传感设备,采用微波量子或光量子进行探测,利用量子特性提高其探测、识别和分辨目标的能力。作为一种新概念雷达,量子雷达可以突破标准量子极限并逼近海森堡极限,具有突破传统雷达在探测和成像等方面性能极限的潜力。总结了量子雷达基本概念、研究进展等情况,综合分析了目前研究的初步结论,预测了当前可能的应用方向,最后梳理了量子雷达的重点研究方向。     

量子雷达检测方程及其应用

量子雷达是一种利用量子资源提升探测性能的新体制雷达,它是经典雷达的升级改进,在信号的调制、传输、接收和检测的原理上都与传统雷达有较大区别。文中从量子物理理论出发,提出了量子雷达的信号回波和背景噪声的一般公式,研究了量子雷达信号检测的一般方法与极限性能,在此基础上提出了量子雷达的一般性方程,并结合在单光子检测雷达这一具体问题上的应用,对量子雷达方程进行了阐释,定量分析了量子雷达相比于经典雷达在探测威力上得到的提升。文章最后对量子雷达方程与探测机理进行了总结。     

涡旋微波量子雷达

电磁波轨道角动量(OAM)量子态指构成电磁波的每个电磁波量子均具有OAM,是涡旋电磁波的重要形态之一。在微波波段,这种电磁波量子称为“涡旋微波量子”。涡旋微波量子与传统平面波微波量子具有不同的物理特性,针对传统吸波材料具有强反射系数,造成雷达散射截面积(RCS)增加,并提升目标回波的接收信号功率和检测概率,是对抗基于吸波材料的隐身目标之利器。该文提出了基于OAM量子态的涡旋微波量子雷达,给出了基本物理架构和数学模型,借助量子电动力学(QED)从理论上分析了涡旋微波量子的高回波功率特性,并通过实验验证了理论分析的正确性。在收发端均采用相同极化方式下,与传统平面波雷达相比实验中回波功率提高约9 dB。同时,配合典型雷达工作参数进行了仿真,明确了涡旋微波量子雷达在接收功率和检测概率等性能指标上的提升,进一步展现了涡旋微波量子针对吸波材料的反隐身能力。      

量子雷达探测目标的基本原理与进展

量子雷达作为一种新概念雷达,对经典雷达理论进行了扩展,并具备突破传统雷达在探测和成像等方面性能极限的应用潜力.在量子雷达的众多应用中,实现目标有无的探测是最核心的功能.目前,量子雷达主要包括干涉式量子雷达、接收端量子增强激光雷达和量子照射雷达三种类型.首先通过对量子雷达原理的介绍,梳理量子雷达与经典雷达的关系;然后对三种不同类型量子雷达的优缺点进行分析;最后对量子雷达未来发展中的关键技术进行梳理.     

量子雷达探测中的目标特性

量子雷达具备与经典雷达不同的探测原理和特征,有望为经典雷达探测中面临的难题提供新的解决途径,因此具有重要的应用潜力。目标特性是影响雷达探测效果和获取目标信息的重要研究内容,在量子雷达的探索过程中,对量子探测中目标特性的研究,目前还处在早期,缺少系统的研究。文中尝试对量子探测中的目标特性研究进行初步讨论:基于量子探测中的目标特性概念,讨论量子雷达中量子态信号检测下的目标特性,并对偏振态、纠缠态和压缩态等信号下的量子目标特性进行分析,为以后的研究工作提供参考。     

单光子量子雷达的恒虚警检测条件

量子雷达是将量子效应引入经典雷达探测领域,解决经典雷达在探测、测量和成像等方面的技术瓶颈,提升雷达综合性能的技术。文中简述了量子雷达的基本原理及光子计数体制雷达在这一领域所处的地位,基于普朗克公式和奈奎斯特公式分析了光子计数体制雷达的量子物理基础,基于纽曼·皮尔逊准则推导了光子计数体制中最优的信号检测准则,提出了光子计数体制量子雷达的恒虚警检测条件,基于真实环境进行了光子计数雷达的信号检测仿真,并对比了文中提出的方法相对于经典雷达信号检测方法在光子计数体制下的优势。     

量子控制实验研究进展

量子控制论是一门以研究微观世界系统量子态的控制问题为主要内容的新兴边缘学科．与经典控制论有着显著区别，实验方法是目前研究量子控制最直接有效的主要方法．本文系统全面地介绍了量子控制实验研究现状，并对其未来发展进行了展望．     

量子成像和量子雷达在遥感探测中的发展评述

根据量子信息技术在遥感探测领域的最新研究进展,概述了量子成像和量子雷达的原理、优势和研究现状,评述了在工程化实现过程中需要解决的基础理论问题和关键技术,指出基于量子信息技术的新型遥感探测系统有望突破现代雷达的局限,成为未来新一代雷达的发展方向.     

量子照射雷达技术的基本原理与研究进展

通过将传统雷达探测技术与现代量子信息处理技术有机结合,量子雷达在弱反射率目标探测上能够提供经典探测手段无法比拟的优势.作为非常具有潜力的量子雷达类型之一,量子照射雷达以纠缠光子为探测手段,依靠对量子关联特性的测量能够完成目标有无的判断.首先对量子雷达的概念和分类进行了简单介绍;然后对双光子纠缠态量子照射雷达和高斯态量子照射雷达的工作机理与关键技术进行了分析与讨论,并将两种方式的量子照射雷达与经典探测手段进行了性能对比,结果显示量子照射雷达在信噪比、准确性、抗噪性以及隐身性等方面都具有明显的优势;最后指出了量子照射雷达目前存在的问题和未来发展的方向.     

光子时间拉伸相干雷达技术研究进展

雷达是实现目标探测与识别的主要手段.多功能、高精度、可重构和实时探测一直是雷达应用的发展趋势.电子技术的"带宽瓶颈"严重制约了雷达系统工作频率和带宽的提升,光子技术与生俱来的大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等特性,使其成为突破电子"带宽瓶颈"和"照亮雷达未来"的关键使能技术.本文总结了国内外微波光子雷达系统的主要研究进展...     

逆合成孔径(ISAR)雷达目标检测方法

本文研究ISAR雷达目标回波的信号检测方法.由于ISAR雷达目标检测实质上是延伸目标检测(Extended target detection),其目标散射模型不是低分辨雷达(LRR)中的等效点目标.在距离维上呈现出多个强散射点 .本文提出的目标回波的检测方法是对同一目标的距离维上各散射点进行相关积累,以提高雷达目标信噪比.分析和实际结果表明:利用本文所提出的雷达目标检测方法比低距离分辨(LRR)雷达的性能有很大的改进.     

冲激雷达回波信号检测方法研究

本文针对冲激雷达回波的特点,提出了一种新的基于时域多门限的信号检测方法,从而实现了体目标中各散射点的独立检测,解决了后续信号处理中检测精度过低的缺点。仿真结果表明在信噪比较小的情况下,该方法仍可得到满意的检测结果。     

一种双通道雷达恒虚警率处理方法

在分析双通道恒虚警率(CFAR)检测系统原理的基础上,以瑞利杂波分布为背景,建立了一个三元检测的数学模型,推导出线性检波下双通道CFAR检测器的虚警概率表达式。结合公式利用MATLAB仿真,定量分析了影响虚警概率的因素,并将其与单通道情况进行了比较,得出双通道的虚警概率是归一化门限与消隐门限的函数的结论。     

最佳量子多用户检测技术

多用户检测的最优解在经典条件下是一个NP难解问题.利用量子态物理特性,通过量子检测能够有效地解决这一难题.本文给出在量子贝叶斯最小代价准则下量子最优解的实现过程,与经典多用户检测最优解相比,基于量子检测的最佳多用户检测技术的性能得到了极大的提高.