基于信道隨機(jī)特性的空間量子密鑰分配系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、在信息時(shí)代，出于信息安全的需要，保密通信的需求與日俱增。進(jìn)行保密通信的關(guān)鍵在于雙方能夠持有安全的密鑰。量子密鑰分配由于能夠?qū)崟r(shí)地分發(fā)大量安全的密鑰而成為了近年來人們研究的熱點(diǎn)。目前，量子密鑰分配技術(shù)已經(jīng)走向了實(shí)用化。量子密鑰分配系統(tǒng)在實(shí)用環(huán)境下的安全密鑰率高低是衡量系統(tǒng)能否有效工作的關(guān)鍵性指標(biāo)。對(duì)于空間量子密鑰分配系統(tǒng)，其信號(hào)的傳輸媒質(zhì)是時(shí)刻處于運(yùn)動(dòng)變化狀態(tài)的大氣。因此，大氣信道是影響系統(tǒng)安全密鑰率指標(biāo)的一個(gè)重要因素。
　　 本

2、論文圍繞大氣信道的隨機(jī)特性，研究湍流大氣對(duì)空間量子密鑰分配系統(tǒng)性能的影響。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行相關(guān)的系統(tǒng)改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體的研究工作包括:
　　 1)針對(duì)湍流大氣信道對(duì)光信號(hào)傳輸?shù)碾S機(jī)時(shí)延抖動(dòng)，結(jié)合大氣隨機(jī)透鏡理論對(duì)湍流大氣信道進(jìn)行幾何光學(xué)建模。通過將大氣湍流中的湍渦等效為漸變折射率的隨機(jī)球形透鏡來描述光在湍流大氣信道中的傳輸行為，所得到的湍渦模型符合大氣湍流的統(tǒng)計(jì)特性。根據(jù)湍流大氣信道模型使用光線追跡法通過蒙特卡羅模擬分析了星地

3、鏈路下的光束偏折和光束時(shí)延抖動(dòng)大小。
　　 2)基于大氣信道特性，分析了大氣信道對(duì)空間量子密鑰分配系統(tǒng)時(shí)基傳送的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了基于前導(dǎo)光脈沖方式的“稀疏同步”時(shí)間同步方案?！跋∈柰健狈桨咐玫椭仡l、窄脈寬的脈沖激光器作為同步光源，能夠降低系統(tǒng)開銷，實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間同步。通過外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)“稀疏同步”方案進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 3)分析了空間量子密鑰分配系統(tǒng)中一般時(shí)間抖動(dòng)的影響，給出時(shí)間濾波的時(shí)間門寬度設(shè)計(jì)與時(shí)間抖動(dòng)

4、方差的關(guān)系。結(jié)合量子密鑰接收端中單光子探測(cè)器的時(shí)間抖動(dòng)特性，針對(duì)星地量子鏈路的應(yīng)用場(chǎng)景，給出最佳的時(shí)間濾波時(shí)間門寬度設(shè)計(jì)與系統(tǒng)損耗和噪聲水平的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　 4)針對(duì)由大氣湍流引發(fā)的光強(qiáng)閃爍效應(yīng)，根據(jù)安全密鑰率的解算模型分析了大氣閃爍噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響。分析表明，大氣閃爍噪聲不會(huì)降低空間量子密鑰分配系統(tǒng)的安全成鑰率。通過對(duì)量子密鑰分配密鑰數(shù)據(jù)處理流程的分析，給出了閃爍噪聲對(duì)量子密鑰系統(tǒng)失效的原因。在此基礎(chǔ)上，提出了通過監(jiān)測(cè)湍流損