專利名稱：利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明屬航空技術領域，涉及一種飛機著陸或著艦的方法及系統，尤其涉及一種利用量子糾纏態光實現全天時、全天候飛機著陸或著艦的方法及系統。
背景技術：
自飛機問世以來，飛行安全一直是航空業界始終關心的問題。而飛機著陸過程是飛機飛行過程中最為危險的階段，據統計，大約65%的飛行失事就發生在此階段，因此飛機著陸系統一直受到人們的高度重視。航空母艦出現后，飛機著陸系統的成熟技術不斷應用于航空母艦著艦引導系統，并得到大力發展。但航空母艦著艦引導系統更需要保證艦載機在非常惡劣的條件下精確著艦，并且必須克服艦尾氣流擾動、甲板運動補償、復飛決策等難題。飛機著陸系統的發展先后經歷了儀表著陸系統、雷達著陸系統、微波著陸系統、全球導航衛星系統著陸系統幾個階段。航空母艦著艦引導系統也先后經歷了人工引導、光學助降鏡、菲涅耳透鏡光學助降系統、自動著艦系統、可視激光引導系統、激光掃描飛機姿態監視系統、差分GPS精密導航技術等幾個階段。但現在的飛機著陸和著艦系統都還不能夠滿足飛機全天時、全氣象條件下著陸或著艦的需要，惡劣氣候條件下飛機常常停飛和延誤， 并不時出現因為惡劣天氣導致飛機失事的事件。
發明內容
為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種可實現精確著陸或著艦、安全可靠以及性能穩定的利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法及系統。本發明的技術解決方案是本發明提供了一種利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法，其特殊之處在于所述利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法包括以下步驟1)獲取頻率非簡并的兩束糾纏光；所述糾纏光包括相互糾纏的信號光和參考光；2)將信號光發射至待探測目標，并收集散射和反射回來的信號光的光子；3)利用參考光對步驟2、所收集得到的信號光的光子進行符合處理得到待探測目標的精確位置信息或獲取實時場景圖像；4)根據待探測目標的精確位置信息或獲取得到的實時場景圖像實現著陸或著艦。上述糾纏光的頻率是根據氣候和環境條件確定的；所述信號光實現遠距離傳播； 所述參考光實現高分辨成像。上述步驟1)的具體實現方式是1. 1)紫外激光經過準直聚焦后照射非線性光學晶體，通過非線性光學晶體中的自發參量下轉換過程產生糾纏的信號光和參考光；
1. 2)轉動晶體或者調節泵浦光的入射角度，調節所產生的非簡并糾纏的信號光和參考光的波長和方向。上述步驟幻中進行符合處理的方式是符合測量和/或符合成像等對糾纏光測量的量子光學技術。上述待探測目標是飛機、機場或航空母艦。一種利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統，其特殊之處在于所述利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統包括能夠產生兩束糾纏光的頻率糾纏光子產生系統、發射控制器、定位系統、天線、探測系統、信號數據處理器以及顯示器； 所述頻率糾纏光子產生系統分別接入天線以及探測系統；所述頻率糾纏光子產生系統通過發射控制器與信號數據處理器連接；所述發射控制器調節定位系統；所述定位系統依次通過探測系統以及信號數據處理器和顯示器連接。上述利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統還包括雙工機；所述頻率糾纏光子產生器通過雙工機與探測系統連接。上述頻率糾纏光子產生系統是非簡并頻率糾纏光子產生器。上述探測系統包括光子探測器以及微波探測器。上述信號處理器是符合計數電路或電流的測量電路。本發明的優點是本發明提供了一種利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法及系統， 首先由糾纏光子產生系統產生非簡并的頻率糾纏光子，其包括糾纏的信號光子和參考光 (糾纏光子的頻率是根據當時氣候和環境條件動態選擇確定的，使信號光子能夠在現實環境條件下遠距離傳播；參考光的頻率選擇得能進行高分辨成像)；糾纏光子產生系統可以是機載系統，此時接著將信號光發射出去，以探測機場或航空母艦的標識物，并收集散射和反射回來的光子；對收集到的散射和反射回來的信號光與參考信號光進行相關測量，獲得機場著陸位置或航空母艦著艦位置處的圖像信息；最后根據飛機的準確位置信息或者獲得機場著陸位置或航空母艦著艦位置處的圖像信息，調節飛機的速度和姿態，以實現飛機的精準著陸或著艦；或者，糾纏光子產生系統也可以是地基或艦基系統，此時將信號光從機場或航空母艦發射出去，以探測飛機的標識物，獲取飛機的準確位置信息；機場或航空母艦再把著陸或著艦指令發射給飛機，飛機根據指令調節速度和姿態，以實現精準著陸或著艦；本發明采用量子光學研究的最新成果，提出利用量子糾纏態光和量子測量與成像的方法，實現飛機的全天時和全天候著陸或著艦，克服了現用飛機著陸或著艦系統技術還不能或難以實現飛機安全近進著陸和著艦的缺點，具有精確著陸或著艦、安全可靠以及性能穩定的優點ο
圖1是本發明所提供的實現全天候飛機著陸或著艦系統的結構框架示意圖；圖2是本發明所提出的產生非簡并頻率糾纏光子的第一實施方式示意圖；圖3是飛機通過本發明所提供的方法獲取機場或航空母艦標示距離的示意圖；圖4是機場或航空母艦通過本發明所提供的方法獲取飛機圖像的示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法，該方法包括以下步驟1)獲取頻率非簡并的兩束糾纏光；糾纏光包括相互糾纏的信號光與參考光；糾纏光的頻率是根據氣候和環境條件確定的；所述信號光實現遠距離傳播；所述參考光實現高分辨成像1. 1)紫外激光經過準直聚焦后照射非線性光學晶體，通過非線性光學晶體中的自發參量下轉換過程產生信號光和參考光；1. 2)轉動晶體或者調節泵浦光的入射角度，調節所產生的非簡并信號光和參考光的波長和發射方向。2)將信號光發射至待探測目標并收集散射和反射回來的信號光的光子；3)利用參考光對步驟2、所收集得到的信號光的光子進行符合測量和/或符合成像得到待探測目標的精確位置信息；4)根據待探測目標的精確位置信息實現著陸或著艦。本發明的工作原理是利用糾纏光子產生器產生頻率非簡并(頻率不同)的兩束糾纏光，一束糾纏光作為信號光，根據氣候和環境條件確定其頻率，使信號光能在當時氣候和環境條件下的吸收和散射等損耗很小，能夠遠距離傳播。另一束糾纏光作為參考光，使其波長適合于進行高分辨成像。具體而言，本發明所提出的全天時和全天候飛機著陸和著艦方法的具體工作過程是首先糾纏光子產生系統產生的糾纏光子是非簡并的頻率糾纏光子；糾纏光子的頻率是根據當時氣候和環境條件動態選擇確定的，使信號糾纏光子能夠在現實環境條件下遠距離傳播，使參考光的頻率選擇得能進行高分辨成像；把信號光發射出去，根據是機載還是地基或艦基，探測機場和航空母艦的標識物或飛機目標，并收集散射和反射回來的光子；對收集到的散射和反射回來的信號光與參考信號光進行相關測量，獲得機場著陸位置或航空母艦著艦位置處的圖像信息，或者獲取飛機的準確位置信息；根據飛機的準確位置信息或者獲得的機場著陸位置或航空母艦著艦位置處的圖像信息，調節飛機的速度和姿態，以實現飛機的精準著陸或著艦；以上過程可以重復進行，以實現飛機速度和姿態的多次調整，以實現飛機的精準著陸或著艦。待探測目標可以是飛機、機場或航空母艦；例如待測目標是飛機，則在機場或航空母艦上裝置能夠產生頻率非簡并的兩束糾纏光產生系統和相關成像和相關探測系統，測量飛機的精確位置信息，或者直接獲取圖像，如圖4所示；然后把著陸著艦指令發送給飛機駕駛系統；例如待測目標是機場或航空母艦，則在飛機上安裝能夠產生兩束頻率非簡并的糾纏光的產生系統和相關成像和相關探測系統，當飛機飛近機場或航空母艦時，把信號光發射到機場或航空母艦的探測目標，再把從機場或航空母艦探測目標散射和發射回來的信號光與機上的參考光作相關測量或相關成像，通過相關測量或相關成像確定飛機向對于機場或航空母艦跑道的精確位置信息或者獲取機場和航空母艦的實時圖像，進而根據機場或航空母艦跑道的精確位置信息，調節飛機的速度和姿態，實現飛機的近進著陸或著艦。如圖3 所示，把非簡并頻率糾纏光發射到Hong-Ou-Mandel干涉，其中一束光經過機場或航空母艦上的標示反射鏡，調節光延遲器使出現曼德爾干涉凹陷，達到干涉儀兩臂平衡，測量測定飛機至機場或航空母艦的距離。
本發明的方法可以通過現有技術來實現，可以有如下不同的具體實現參見圖2，糾纏光子對的產生的原理是紫外激光經過準直聚焦后照射非線性光學晶體，通過非線性晶體的自發參量下轉換過程產生非簡并頻率糾纏光子，產波長信號用于遠距離傳播，短波長信號用于提高分辨率。所產生的兩個信號的波長可以通過設計晶體的結構和通過調節入射光的入射角度來調節。紫外激光可以是紫外激光器或者是紅外系統通過倍頻獲得的紫外激光。糾纏光子對產生的第一種實現方式用紫外激光器泵浦非線性光學晶體，通過非線性光學晶體中的自發參量下轉換過程產生信號光和閑置光，通過轉動晶體或者調節泵浦光的入射角度，調節所產生的信號光和閑置光的頻率，使信號光的頻率適合于當時的現實氣候和環境條件，通過把信號光發射到探測目標，把散射和反射回來的信號光用光子探測器進行收集和探測，同時把參考光直接發射到另一個光子探測器，把兩個光子探測器輸出的電信號接入到符合計數測量電路，進行相關測量，獲得目標的位置數據或圖像。糾纏光子對的產生的第二種實現方式用專門設計的半導體量子點結構發射糾纏的雙光子光束。參見圖1，本發明提供了一種利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統，該系統包括能夠產生兩束糾纏光的非簡并頻率糾纏光子產生系統、發射控制器、定位系統、天線、探測系統、信號和數據處理器以及顯示器；頻率糾纏光子產生系統分別接入天線以及探測系統；頻率糾纏光子產生系統通過發射控制器與信號數據處理器連接；發射控制器調節定位系統；定位系統依次通過探測系統以及信號數據處理器和顯示器連接。非簡并頻率糾纏光子產生系統產生兩束頻率非簡并的糾纏光，一束長波長光波束和一束短波長波束，長波長波束(譬如微波)具有穿透煙塵、云霧的能力，能在當時環境條件下遠距離傳播，短波長波束用于提高系統分辨率。長波長波束通過天線輻射出去，進行探測傳感，發射方向由通過發射控制系統調節的定位系統予以確定和調節。如果發射和接收經過同一個天線，此時需要雙工機，雙工機在發射模式期間轉換為把非簡并頻率糾纏光子產生器輸出的長波長信號提供給天線，在接收模式期間接收從目標反射和散射的信號。也可以用不同的天線來實現發射和接收功能，此時不再需要雙工機。探測器系統具有探測長波長信號和短波長信號的能力，可以是包含光子探測器和微波探測器的多波長探測器模塊。探測器探測目標接受天線接收的信號，以及糾纏源產生的短波長信號。兩個波段探測器輸出的電信號通過信號處理器進行質量及數據處理，信號處理器可以包含或者就是符合計數電路或電流相關測量電路。經過處理的信號和數據通過顯示器予以顯示，顯示的數據可以是系統獲得的圖像或者數據。根據當時情況，以上過程可以持續進行，以實現飛機的精準著陸或者著艦。
權利要求
1.一種利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法，其特征在于所述利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法包括以下步驟1)獲取頻率非簡并的兩束糾纏光；所述糾纏光包括相互糾纏的信號光和參考光；2)將信號光發射至待探測目標，并收集散射和反射回來的信號光的光子；3)利用參考光對步驟幻所收集得到的信號光的光子進行符合處理得到待探測目標的精確位置信息或獲取實時場景圖像；4)根據待探測目標的精確位置信息或獲取得到的實時場景圖像實現著陸或著艦。
2.根據權利要求1所述的利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法，其特征在于所述糾纏光的頻率是根據氣候和環境條件確定的；所述信號光實現遠距離傳播； 所述參考光實現高分辨成像。
3.根據權利要求2所述的利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法，其特征在于所述步驟1)的具體實現方式是1.1)紫外激光經過準直聚焦后照射非線性光學晶體，通過非線性光學晶體中的自發參量下轉換過程產生糾纏的信號光和參考光；1. 2)轉動晶體或者調節泵浦光的入射角度，調節所產生的非簡并糾纏的信號光和參考光的波長和方向。
4.根據權利要求3所述的利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法，其特征在于所述步驟幻中進行符合處理的方式是符合測量和/或符合成像。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法，其特征在于所述待探測目標是飛機、機場或航空母艦。
6.一種利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統，其特征在于所述利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統包括能夠產生兩束糾纏光的頻率糾纏光子產生系統、發射控制器、定位系統、天線、探測系統、信號和數據處理器以及顯示器；所述頻率糾纏光子產生系統分別接入天線以及探測系統；所述頻率糾纏光子產生系統通過發射控制器與信號數據處理器連接；所述發射控制器調節定位系統；所述定位系統依次通過探測系統以及信號數據處理器和顯示器連接。
7.根據權利要求6所述的利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統，其特征在于所述利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統還包括雙工機；所述頻率糾纏光子產生器通過雙工機與探測系統連接。
8.根據權利要求6或7所述的利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統， 其特征在于所述頻率糾纏光子產生系統是非簡并頻率糾纏光子產生器。
9.根據權利要求8所述的利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統，其特征在于所述探測系統包括光子探測器以及微波探測器。
10.根據權利要求9所述的利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的系統，其特征在于所述信號處理器是符合計數電路或電流的測量電路。
全文摘要
本發明其涉及一種利用量子糾纏態光實現全天時、全天候飛機著陸或著艦的方法及系統，該方法包括1)獲取頻率非簡并的兩束糾纏光；所述糾纏光包括相互糾纏的信號光和參考光；2)將信號光發射至待探測目標，并收集散射和反射回來的信號光的光子；3)利用參考光對步驟2)所收集得到的信號光的光子進行符合處理得到待探測目標的精確位置信息或獲取實時場景圖像；4)根據待探測目標的精確位置信息或獲取得到的實時場景圖像實現著陸或著艦。本發明提供了一種可實現精確著陸或著艦、安全可靠以及性能穩定的利用量子糾纏態光實現全天候飛機著陸或著艦的方法及系統。
文檔編號B64D45/08GK102501978SQ201110341410
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者張同意, 趙衛 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所