利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆或着舰的方法及系统

摘要

本发明其涉及一种利用量子纠缠态光实现全天时、全天候飞机着陆或着舰的方法及系统，该方法包括：1)获取频率非简并的两束纠缠光；所述纠缠光包括相互纠缠的信号光和参考光；2)将信号光发射至待探测目标，并收集散射和反射回来的信号光的光子；3)利用参考光对步骤2)所收集得到的信号光的光子进行符合处理得到待探测目标的精确位置信息或获取实时场景图像；4)根据待探测目标的精确位置信息或获取得到的实时场景图像实现着陆或着舰。本发明提供了一种可实现精确着陆或着舰、安全可靠以及性能稳定的利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆或着舰的方法及系统。

说明书

技术领域

本发明属航空技术领域，涉及一种飞机着陆或着舰的方法及系统，尤其涉 及一种利用量子纠缠态光实现全天时、全天候飞机着陆或着舰的方法及系统。

背景技术

自飞机问世以来，飞行安全一直是航空业界始终关心的问题。而飞机着陆 过程是飞机飞行过程中最为危险的阶段，据统计，大约65％的飞行失事就发生在 此阶段，因此飞机着陆系统一直受到人们的高度重视。航空母舰出现后，飞机 着陆系统的成熟技术不断应用于航空母舰着舰引导系统，并得到大力发展。但 航空母舰着舰引导系统更需要保证舰载机在非常恶劣的条件下精确着舰，并且 必须克服舰尾气流扰动、甲板运动补偿、复飞决策等难题。

飞机着陆系统的发展先后经历了仪表着陆系统、雷达着陆系统、微波着陆 系统、全球导航卫星系统着陆系统几个阶段。航空母舰着舰引导系统也先后经 历了人工引导、光学助降镜、菲涅耳透镜光学助降系统、自动着舰系统、可视 激光引导系统、激光扫描飞机姿态监视系统、差分GPS精密导航技术等几个阶段。 但现在的飞机着陆和着舰系统都还不能够满足飞机全天时、全气象条件下着陆 或着舰的需要，恶劣气候条件下飞机常常停飞和延误，并不时出现因为恶劣天 气导致飞机失事的事件。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可实现精确 着陆或着舰、安全可靠以及性能稳定的利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆 或着舰的方法及系统。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种利用量子纠缠态光实现全天 候飞机着陆或着舰的方法，其特殊之处在于：所述利用量子纠缠态光实现全天 候飞机着陆或着舰的方法包括以下步骤：

1)获取频率非简并的两束纠缠光；所述纠缠光包括相互纠缠的信号光和参 考光；

2)将信号光发射至待探测目标，并收集散射和反射回来的信号光的光子；

3)利用参考光对步骤2)所收集得到的信号光的光子进行符合处理得到待 探测目标的精确位置信息或获取实时场景图像；

4)根据待探测目标的精确位置信息或获取得到的实时场景图像实现着陆或 着舰。

上述纠缠光的频率是根据气候和环境条件确定的；所述信号光实现远距离 传播；所述参考光实现高分辨成像。

上述步骤1)的具体实现方式是：

1.1)紫外激光经过准直聚焦后照射非线性光学晶体，通过非线性光学晶体 中的自发参量下转换过程产生纠缠的信号光和参考光；

1.2)转动晶体或者调节泵浦光的入射角度，调节所产生的非简并纠缠的信 号光和参考光的波长和方向。

上述步骤3)中进行符合处理的方式是符合测量和/或符合成像等对纠缠光测 量的量子光学技术。

上述待探测目标是飞机、机场或航空母舰。

一种利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆或着舰的系统，其特殊之处在 于：所述利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆或着舰的系统包括能够产生两 束纠缠光的频率纠缠光子产生系统、发射控制器、定位系统、天线、探测系统、 信号数据处理器以及显示器；所述频率纠缠光子产生系统分别接入天线以及探 测系统；所述频率纠缠光子产生系统通过发射控制器与信号数据处理器连接； 所述发射控制器调节定位系统；所述定位系统依次通过探测系统以及信号数据 处理器和显示器连接。

上述利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆或着舰的系统还包括双工机； 所述频率纠缠光子产生器通过双工机与探测系统连接。

上述频率纠缠光子产生系统是非简并频率纠缠光子产生器。

上述探测系统包括光子探测器以及微波探测器。

上述信号处理器是符合计数电路或电流的测量电路。

本发明的优点是：

本发明提供了一种利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆或着舰的方法及 系统，首先由纠缠光子产生系统产生非简并的频率纠缠光子，其包括纠缠的信 号光子和参考光(纠缠光子的频率是根据当时气候和环境条件动态选择确定的， 使信号光子能够在现实环境条件下远距离传播；参考光的频率选择得能进行高 分辨成像)；纠缠光子产生系统可以是机载系统，此时接着将信号光发射出去， 以探测机场或航空母舰的标识物，并收集散射和反射回来的光子；对收集到的 散射和反射回来的信号光与参考信号光进行相关测量，获得机场着陆位置或航 空母舰着舰位置处的图像信息；最后根据飞机的准确位置信息或者获得机场着 陆位置或航空母舰着舰位置处的图像信息，调节飞机的速度和姿态，以实现飞 机的精准着陆或着舰；或者，纠缠光子产生系统也可以是地基或舰基系统，此 时将信号光从机场或航空母舰发射出去，以探测飞机的标识物，获取飞机的准 确位置信息；机场或航空母舰再把着陆或着舰指令发射给飞机，飞机根据指令 调节速度和姿态，以实现精准着陆或着舰；本发明采用量子光学研究的最新成 果，提出利用量子纠缠态光和量子测量与成像的方法，实现飞机的全天时和全 天候着陆或着舰，克服了现用飞机着陆或着舰系统技术还不能或难以实现飞机 安全近进着陆和着舰的缺点，具有精确着陆或着舰、安全可靠以及性能稳定的 优点。

附图说明

图1是本发明所提供的实现全天候飞机着陆或着舰系统的结构框架示意图；

图2是本发明所提出的产生非简并频率纠缠光子的第一实施方式示意图；

图3是飞机通过本发明所提供的方法获取机场或航空母舰标示距离的示意 图；

图4是机场或航空母舰通过本发明所提供的方法获取飞机图像的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆或着舰的方法， 该方法包括以下步骤：

1)获取频率非简并的两束纠缠光；纠缠光包括相互纠缠的信号光与参考光； 纠缠光的频率是根据气候和环境条件确定的；所述信号光实现远距离传播；所 述参考光实现高分辨成像：

1.1)紫外激光经过准直聚焦后照射非线性光学晶体，通过非线性光学晶体 中的自发参量下转换过程产生信号光和参考光；

1.2)转动晶体或者调节泵浦光的入射角度，调节所产生的非简并信号光和 参考光的波长和发射方向。

2)将信号光发射至待探测目标并收集散射和反射回来的信号光的光子；

3)利用参考光对步骤2)所收集得到的信号光的光子进行符合测量和/或符 合成像得到待探测目标的精确位置信息；

4)根据待探测目标的精确位置信息实现着陆或着舰。

本发明的工作原理是：利用纠缠光子产生器产生频率非简并(频率不同) 的两束纠缠光，一束纠缠光作为信号光，根据气候和环境条件确定其频率，使 信号光能在当时气候和环境条件下的吸收和散射等损耗很小，能够远距离传播。 另一束纠缠光作为参考光，使其波长适合于进行高分辨成像。具体而言，本发 明所提出的全天时和全天候飞机着陆和着舰方法的具体工作过程是：首先纠缠 光子产生系统产生的纠缠光子是非简并的频率纠缠光子；纠缠光子的频率是根 据当时气候和环境条件动态选择确定的，使信号纠缠光子能够在现实环境条件 下远距离传播，使参考光的频率选择得能进行高分辨成像；把信号光发射出去， 根据是机载还是地基或舰基，探测机场和航空母舰的标识物或飞机目标，并收 集散射和反射回来的光子；对收集到的散射和反射回来的信号光与参考信号光 进行相关测量，获得机场着陆位置或航空母舰着舰位置处的图像信息，或者获 取飞机的准确位置信息；根据飞机的准确位置信息或者获得的机场着陆位置或 航空母舰着舰位置处的图像信息，调节飞机的速度和姿态，以实现飞机的精准 着陆或着舰；以上过程可以重复进行，以实现飞机速度和姿态的多次调整，以 实现飞机的精准着陆或着舰。

待探测目标可以是飞机、机场或航空母舰；例如待测目标是飞机，则在机 场或航空母舰上装置能够产生频率非简并的两束纠缠光产生系统和相关成像和 相关探测系统，测量飞机的精确位置信息，或者直接获取图像，如图4所示；然 后把着陆着舰指令发送给飞机驾驶系统；例如待测目标是机场或航空母舰，则 在飞机上安装能够产生两束频率非简并的纠缠光的产生系统和相关成像和相关 探测系统，当飞机飞近机场或航空母舰时，把信号光发射到机场或航空母舰的 探测目标，再把从机场或航空母舰探测目标散射和发射回来的信号光与机上的 参考光作相关测量或相关成像，通过相关测量或相关成像确定飞机向对于机场 或航空母舰跑道的精确位置信息或者获取机场和航空母舰的实时图像，进而根 据机场或航空母舰跑道的精确位置信息，调节飞机的速度和姿态，实现飞机的 近进着陆或着舰。如图3所示，把非简并频率纠缠光发射到Hong-Ou-Mandel干涉， 其中一束光经过机场或航空母舰上的标示反射镜，调节光延迟器使出现曼德尔 干涉凹陷，达到干涉仪两臂平衡，测量测定飞机至机场或航空母舰的距离。

本发明的方法可以通过现有技术来实现，可以有如下不同的具体实现：

参见图2，纠缠光子对的产生的原理是：紫外激光经过准直聚焦后照射非线 性光学晶体，通过非线性晶体的自发参量下转换过程产生非简并频率纠缠光子， 产波长信号用于远距离传播，短波长信号用于提高分辨率。所产生的两个信号 的波长可以通过设计晶体的结构和通过调节入射光的入射角度来调节。紫外激 光可以是紫外激光器或者是红外系统通过倍频获得的紫外激光。

纠缠光子对产生的第一种实现方式：用紫外激光器泵浦非线性光学晶体， 通过非线性光学晶体中的自发参量下转换过程产生信号光和闲置光，通过转动 晶体或者调节泵浦光的入射角度，调节所产生的信号光和闲置光的频率，使信 号光的频率适合于当时的现实气候和环境条件，通过把信号光发射到探测目标， 把散射和反射回来的信号光用光子探测器进行收集和探测，同时把参考光直接 发射到另一个光子探测器，把两个光子探测器输出的电信号接入到符合计数测 量电路，进行相关测量，获得目标的位置数据或图像。

纠缠光子对的产生的第二种实现方式：用专门设计的半导体量子点结构发 射纠缠的双光子光束。

参见图1，本发明提供了一种利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆或着舰 的系统，该系统包括能够产生两束纠缠光的非简并频率纠缠光子产生系统、发 射控制器、定位系统、天线、探测系统、信号和数据处理器以及显示器；频率 纠缠光子产生系统分别接入天线以及探测系统；频率纠缠光子产生系统通过发 射控制器与信号数据处理器连接；发射控制器调节定位系统；定位系统依次通 过探测系统以及信号数据处理器和显示器连接。

非简并频率纠缠光子产生系统产生两束频率非简并的纠缠光，一束长波长 光波束和一束短波长波束，长波长波束(譬如微波)具有穿透烟尘、云雾的能 力，能在当时环境条件下远距离传播，短波长波束用于提高系统分辨率。长波 长波束通过天线辐射出去，进行探测传感，发射方向由通过发射控制系统调节 的定位系统予以确定和调节。

如果发射和接收经过同一个天线，此时需要双工机，双工机在发射模式期 间转换为把非简并频率纠缠光子产生器输出的长波长信号提供给天线，在接收 模式期间接收从目标反射和散射的信号。也可以用不同的天线来实现发射和接 收功能，此时不再需要双工机。

探测器系统具有探测长波长信号和短波长信号的能力，可以是包含光子探 测器和微波探测器的多波长探测器模块。探测器探测目标接受天线接收的信号， 以及纠缠源产生的短波长信号。两个波段探测器输出的电信号通过信号处理器 进行质量及数据处理，信号处理器可以包含或者就是符合计数电路或电流相关 测量电路。

经过处理的信号和数据通过显示器予以显示，显示的数据可以是系统获得的 图像或者数据。根据当时情况，以上过程可以持续进行，以实现飞机的精准着 陆或者着舰。