《偏振相位調製紫外保密通信技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由賈紅輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：偏振相位調製紫外保密通信技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：賈紅輝
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
紫外光通信是一種可實現非視線信息傳輸的新型通信方式，在局域安全通信領域有較好的套用前景。目前紫外光通信系統中信息載入多採用紫外光振幅調製方式，信息傳輸僅受經典加密方式保護，存在較大安全隱患。為提高紫外光通信系統的數據傳輸安全性，本課題基於量子通信中的Yuen-Kumar協定，創造性提出一套基於偏振相位調製的高安全紫外保密通信系統，並建立傳輸模型對該通信方案進行性能評估。項目研究解決的主要關鍵問題有：（1）獲取紫外偏振態斯托克斯參數的密勒矩陣，利用蒙特卡羅方法建立紫外偏振光大氣傳輸模型並實驗修正；（2）根據不同條件下紫外偏振光大氣傳輸模擬結果，設計偏振相位調製紫外保密通信系統；（3）結合量子Yuen-Kumar協定中安全性與偏振基個數和傳送器光源強度關係，評估該系統方案的安全性能和通信效率。其研究結果為構建新型局域紫外保密通信系統奠定基礎，也能為偏振光大氣遙感探測和常規量子通信技術提供借鑑。
結題摘要
紫外光通信是一種可實現非視線信息傳輸的新型通信方式，在局域安全通信領域有較好的套用前景。目前紫外光通信系統中信息載入多採用紫外光振幅調製方式，信息傳輸僅受經典加密方式保護，存在較大安全隱患。為提高紫外光通信系統的數據傳輸安全性，本項目基於量子通信中的Yuen-Kumar協定，創造性提出了一套基於偏振相位調製的高安全紫外保密通信系統，建立了偏振光大氣傳輸模型對該通信方案進行性能評估，初步完成了偏振光大氣傳輸實驗系統的搭建及演示。取得了以下一些重要結果： （1）散射特性和輻射傳輸算法研究基礎。深入分析了大氣的粒子組成特徵，從散射特性上對光信號的傳輸過程進行分析；通過對比幾種解決輻射傳輸問題 的數值解法，顯示出蒙特卡羅方法在處理此類問題上的優越性。 （2）建立偏振散射模型。紫外通信的信號具有強度和偏振兩個特徵，而現有基於橢球坐標系的單次散射模型和基於Monte Carlo的多次散射模型不能計算偏振特徵。論文把現有的非偏振散射模型擴展為偏振散射模型，可以定量計算散射信號的偏振，並可計算收發偏振設定對散射信號的影響。 （3）理論上證明了偏振相位調製紫外光保密通信技術的可行性。利用偏振大氣模型對紫外光非視線量子保密通信的可行性進行探討，利用誤碼率和搜尋複雜度對不同大氣條件下偏振基個數的選取進行討論，結果表明，角度是影響系統誤碼率的主要因素，距離其次，散射粒子半徑的影響最小；在接收端能夠進行偏振分離的情況下，理論上證明了偏振相位調製紫外光保密通信技術的可行性。 （4）提出偏振紫外通信的概念和系統結構，並完成驗證性實驗。現有的紫外通信系統只能檢測散射信號的強度，其通信速率大多在幾K到幾十Kbps之間，遠低於理論預言的通信速率。通過同時檢測散射信號的強度和偏振，可以使現有系統的通信速率得到成倍的提高，此即偏振相位紫外通信。偏振紫外通信系統的發射端為配有1個時間相關偏振器的光源，接收端為配有1個時間無關檢偏器陣列的探測器陣列；光源發出光子，通過起偏器而攜帶偏振信息，接著被大氣粒子散射，然後被檢偏器陣列檢偏，最後根據探測器陣列上散射信號的分布特徵實現偏振信息解碼。初步實驗證明2-偏振紫外通信的偏振信息解碼是可以實現的。這些重要的研究結果為構建新型局域紫外保密通信系統奠定基礎，也能為偏振光大氣遙感探測和常規量子通信技術提供借鑑。
