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.     

量子照明雷达通信技术在地铁中的应用研究

为进一步提升地铁列车辅助防撞系统对障碍物的探测精度,对基于高斯态的量子照明雷达通信技术进行了研究,并应用到该系统中实现探测精度的提升,为地铁乘客的出行安全保驾护航。采用高斯态作为纠缠源,向拟探测区域发射信号光,通过对接收端接收信号与闲置光的联合测量结果判定障碍物是否存在。仿真结果表明,基于高斯态的量子照明雷达方案在检测精度方面相较于经典的相干态方案具有明显优势。     

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。     

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。     

基于集成量子压缩光源的量子增强多普勒激光雷达（特邀）

传统激光雷达探测灵敏度不断提高,但仍然受激光光源的量子噪声以及探测端引入的额外噪声等因素限制。为了进一步提高激光雷达的探测性能,提出利用量子压缩态光场作为激光雷达的本振信号提高激光雷达探测精度的新方案,分析了所提出方案提高激光雷达探测精度的关键因素。制备了集成化低噪声压缩态光场并进行了激光雷达多普勒信息测量实验。实验结果表明,相较于传统相干多普勒激光雷达探测方案,所提方案实现了多普勒信息探测灵敏度3 dB的提升,为量子激光雷达中多普勒信息等微弱信号的探测提供研究途径。     

一种应用于深空探测的弱信号探测技术

深空探测对于人类开发利用太空资源、探索宇宙起源具有重要意义。作为深空探测的一个重要组成部分,遥感载荷起着无法替代的作用。由于深空探测作用距离远,导致遥感载荷的信噪比很低,因此如何有效地从弱信号中检测出有用信号是深空探测技术中必需解决的关键技术。根据未来深空探测对低于散粒噪声的超微弱信号探测的需求,基于量子压缩态光场的散粒噪声小于标准量子极限的特点,提出一种基于量子压缩态光场的弱信号探测技术,给出了原理探索实验验证的结果。由于压缩光的量子特性会随着作用距离的增加而衰减,为了更贴近应用,设计了在接收端进行压缩光注入的新型激光雷达载荷方案,并给出了仿真的结果。     

微弱光信号的量子增强接收优化方法(特邀)EI北大核心CSCD

在经典理论框架下,相干探测性能受限于散粒噪声对应的标准量子极限,而量子增强接收技术通过引入位移算子,采用关联的方式将经典的平衡零拍/零差探测转化为光子数态的测量,理论上可以突破标准量子极限并不断逼近Helstrom极限。无歧义量子态识别(Unambiguous State Discrimination,USD)是量子增强接收常用的识别判决策略之一。然而,由于微弱光信号的能量有限,传统的USD量子增强接收方法的适用微弱信号范围较小,微弱信号识别的错误率较高。提出了一种QPSK调制量子增强接收的混合测量优化方案,该方案首先通过二态零差测量将QPSK相干态的区分转化为BPSK相干态的区分,然后通过BPSK量子增强接收测量实现相干态的无歧义识别。仿真表明,混合测量方案在平均光子数在3.2~11.3之间优于经典的外差测量方案,而且比传统QPSK量子增强接收方案具有更大的适用信号范围。     

量子骰子

量子博弈是量子信息的一个重要分支.以Meyer所研究的单硬币博弈游戏为基础,主要讨论了具有六个态的骰子游戏.对于经典的二人骰子游戏而言,游戏者双方P和Q获胜的几率相同,都是1/2.而在量子骰子游戏中,用骰子的态密度矩阵来表示该态,若其中一个游戏者Q用量子策略来代替经典游戏中随机的翻转过程,而另一个游戏者P仍然采用经典策略,则Q完全可以控制游戏的胜负.从而对于量子骰子游戏而言,可以得出:量子策略比经典策略更具优越性.     

量子雷达研究进展

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,它能够突破传统雷达的性能极限,具有广阔的应用前景。文中从量子雷达的概念内涵出发,阐述了量子雷达的系统架构,并介绍了在量子雷达体制研究、量子态调制技术、量子态传输与散射特性、量子检测技术等方面已开展的工作,最后提出了量子雷达进一步研究亟需解决的关键问题。     

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.     

基于量子线路逻辑运算的单光子量子态测量方案

在量子探测领域,关键任务之一就是要对未知量子态进行测量以获取量子态信息。通过将量子计算中的量子门所组成的量子线路应用于量子探测领域,提出实现单光子未知量子态的测量方案。利用量子计算的叠加性、纠缠性、可纠错性以及量子线路的可集成性,可以使得探测更具高效性并简化探测的实验系统。利用本文提出的探测新方案,通过仿真计算对该方案进行了模拟。在该方案的理论计算与仿真模拟结果的基础上,得到了以下的结论:通过在不同信噪比等参数的条件下选择适当的测量次数,基于量子线路的方案可以得到较为精确的测量结果。     

基于量子遗传算法的MIMO雷达正交信号波形设计

正交信号波形设计是MIMO雷达领域的研究热点,随着技术的发展,MIMO雷达对正交信号波形的性能要求越来越高。针对现有MIMO雷达正交信号波形互相关峰值较高且算法收敛速度慢的问题,为了提高码长较长的正交信号波形的性能,本文使用量子遗传算法,将量子计算与遗传算法相结合,进一步降低了波形的互相关峰值,一方面降低了不同目标回波之间的相互干扰,提高了雷达系统的检测性能,另一方面使雷达系统更难被敌方定位,提高了雷达的战场生存能力。仿真试验的结果表明,该方法能有效提高波形的正交性能,并加快了优化的速度。      

极化信息在雷达目标检测中的得益分析

极化是电磁波的基本属性之一,目标在反射电磁波的同时会改变电磁波的极化状态,其变极化效应蕴含了目标的特征信息,充分利用极化信息可以有效提高雷达系统的反杂波、反隐身、目标识别和抗干扰性能。文中针对雷达单极化、双极化和全极化测量体制,从目标的散射结构出发分析了极化信息对雷达目标检测信噪比的改善程度,为雷达极化方式和极化测量体制的选择、极化检测算法的优化设计等应用提供了有益参考和理论指导。     

Cognitive radar: a way of the future

This article discusses a new idea called cognitive radar. Three ingredients are basic to the constitution of cognitive radar: 1) intelligent signal processing, which builds on learning through interactions of the radar with the surrounding environment; 2) feedback from the receiver to the transmitter, which is a facilitator of intelligence; and 3) preservation of the information content of radar returns, which is realized by the Bayesian approach to target detection through tracking. All three of these ingredients feature in the echo-location system of a bat, which may be viewed as a physical realization (albeit in neurobiological terms) of cognitive radar. Radar is a remote-sensing system that is widely used for surveillance, tracking, and imaging applications, for both civilian and military needs. In this article, we focus on future possibilities of radar with particular emphasis on the issue of cognition. As an illustrative case study along the way, we consider the problem of radar surveillance applied to an ocean environment.     

基于LFM的双波段雷达航迹起始方法

线性调频(LFM)信号是一种重要的脉冲压缩信号。由于其具有众多优良性能,在工程实践中得到广泛应用。在不同工作频率下,LFM信号具有不同的距离多普勒耦合系数,脉压后带来的不同测距误差给双波段雷达的航迹起始带来困难。针对该问题,首先分析了多普勒耦合系数对双波段雷达测距的影响,导出了双波段雷达的非线性量测方程组;然后,采用加权最小二乘(高斯-牛顿迭代)法对运动目标进行定位;最后,提出了双波段雷达下的航迹起始方法。蒙特卡洛仿真结果表明:该方法可以在不同波段测量模式下有效提高目标航迹起始的准确率。