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

1、在信息時代，出于信息安全的需要，保密通信的需求與日俱增。進行保密通信的關(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。目前，量子密鑰分配技術(shù)已經(jīng)走向了實用化。量子密鑰分配系統(tǒng)在實用環(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)。對于空間量子密鑰分配系統(tǒng)，其信號的傳輸媒質(zhì)是時刻處于運動變化狀態(tài)的大氣。因此，大氣信道是影響系統(tǒng)安全密鑰率指標(biāo)的一個重要因素。
　　 本

2、論文圍繞大氣信道的隨機特性，研究湍流大氣對空間量子密鑰分配系統(tǒng)性能的影響。并在此基礎(chǔ)上，進行相關(guān)的系統(tǒng)改進優(yōu)化設(shè)計。具體的研究工作包括:
　　 1)針對湍流大氣信道對光信號傳輸?shù)碾S機時延抖動，結(jié)合大氣隨機透鏡理論對湍流大氣信道進行幾何光學(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延抖動大小。
　　 2)基于大氣信道特性，分析了大氣信道對空間量子密鑰分配系統(tǒng)時基傳送的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了基于前導(dǎo)光脈沖方式的“稀疏同步”時間同步方案。“稀疏同步”方案利用低重頻、窄脈寬的脈沖激光器作為同步光源，能夠降低系統(tǒng)開銷，實現(xiàn)高精度的時間同步。通過外場實驗，對“稀疏同步”方案進行了驗證。
　　 3)分析了空間量子密鑰分配系統(tǒng)中一般時間抖動的影響，給出時間濾波的時間門寬度設(shè)計與時間抖動

4、方差的關(guān)系。結(jié)合量子密鑰接收端中單光子探測器的時間抖動特性，針對星地量子鏈路的應(yīng)用場景，給出最佳的時間濾波時間門寬度設(shè)計與系統(tǒng)損耗和噪聲水平的對應(yīng)關(guān)系。
　　 4)針對由大氣湍流引發(fā)的光強閃爍效應(yīng)，根據(jù)安全密鑰率的解算模型分析了大氣閃爍噪聲對系統(tǒng)的影響。分析表明，大氣閃爍噪聲不會降低空間量子密鑰分配系統(tǒng)的安全成鑰率。通過對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)測湍流損