申请/专利权人：华北电力大学(保定)

申请日：2022-06-21

公开（公告）日：2024-05-14

公开（公告）号：CN115208479B

主分类号：H04B10/70

分类号：H04B10/70;H04B17/391;H04B7/22;H04L9/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.14#授权;2022.11.04#实质审查的生效;2022.10.18#公开

摘要：本发明适用于星舰量子密钥分发，提供了一种基于不同天气条件的星舰量子下行垂直传输模型。该模型考虑大气湍流、海拔高度、不同天气条件对量子通信系统带来的影响，计算并仿真了晴天、晴天有湍流、海雾、降雨四种情况下安全密钥率随着传输距离的变化关系。该发明更加贴近当前星舰量子通信的实际情况，而且也适用于星地量子通信，为实际的量子密钥分发系统设计提供一定的参考。

主权项：1.一种基于不同天气条件的星舰量子下行垂直传输方法，其特征在于，该方法的大气信道复杂，所考虑因素有以下四点：当天气晴朗时，考虑海拔高度对大气衰减系数的影响，由于米氏散射引起的大气衰减系数随着海拔高度的增加而减少，当海拔高度超过4km时，大气衰减几乎为0，所以只考虑海拔4km以下；天气晴朗，并且考虑大气湍流的影响，通过椭圆模型估计大气湍流对大气透射率的影响；海面上方出现海雾天气时，海雾高度有限，光量子信号会先在晴天条件下传输一定距离后进入海雾天气，根据雾天能见度的大小，求出海雾的衰减系数，接着得到对大气透射率的影响；海面上方出现降雨天气时，光量子信号在晴天中传输一段距离后进入降雨天气，根据降雨强度的大小，得到雨天能见度，从而求出雨天的衰减系数，接着得到降雨对大气透射率的影响；大气信道的四种情况下的大气透射率：晴天：T＝T晴天晴天有湍流：T＝T晴天×T湍流海雾：T＝T晴天×T海雾降雨：T＝T晴天×T降雨求出大气信道的总透射率后，发送端和接收端采用反向协调方式，得到在系统受到个体攻击时，星舰量子密钥分发传输模型的安全密钥率公式为： 式中，β为反向协调效率，系统总噪声χtot＝χline+χhT，χline是信道输入的额外噪声，χline＝1T-1+ε；χh为检测器等效额外噪声，χ为实际零差检测器引入的总噪声，T是大气透射率，ε为信道的额外噪声；其中，大气信道复杂，考虑到了海拔高度、大气湍流、海雾和降雨因素，包括：在晴天传输时，大气透射率随着海拔高度的变化情况，由下面公式计算得到： 式中，H是卫星高度，单位：km，L是传输距离，单位：km，β1λ是晴天时大气衰减系数，可以用下面公式求出： 式中，VV是大气能见度，单位：km，q是修正因子，λ是光量子信号的波长，单位：nm，h0地面处的海拔高度，单位：km，V0是h0处的能见度，单位：km，h是海拔高度，单位：km；当考虑到大气湍流的影响，通过椭圆模型来估计大气湍流对于大气透射率的影响，由下面公式计算： 式中，T0表示当r0＝0时的最大透射率系数，a是接收孔径半径，r0是光束偏转距离，λξ和Rξ分别为形状和尺度函数，Dω表示有效光斑半径，其中是|W1|相当于光圈x轴的旋转角度，φ∈[0,π2；当海洋上方出现海雾或者降雨天气时，海雾或者降雨高度为h1km，卫星高度为Hkm，信号在晴天中传输H-h1km后进入到海雾或者降雨天气，在海雾或者降雨天气中传输L-H-h1km，对于此时的大气信道，大气透射率随着传输距离的变化可以通过以下公式求出：海雾的大气透射率计算公式为： 其中，VV是能见度，可以表示海雾的等级，λ是信号波长，L1是在海雾天气中传输的距离，单位：km；降雨天气情况下的大气透射率计算公式为： 其中，Γ为完全Gamma分布，m为形状因子，λ是信号波长，L2是在降雨天气中传输的距离，单位：km，Λ是尺度参数，R是降雨强度。

全文数据：

权利要求：

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