0127001-1第43卷第1期/2023年1月/光学学报研究论文基于量子照明的导航测距方案惠俊，柴洪洲*中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院，河南郑州450001摘要针对以往脉冲纠缠测距方案对光子损耗十分敏感的特点及量子干涉法测距中利用光路延迟测距时难以实现远距离传输的问题，利用量子压缩效应来提升时延估计精度，同时还提出一种基于量子照明原理的非经典纠缠导航测距方案，对目标存在的回波信号进行统计判断，从而确定距离参数。在相干探测的基础上，分别研究了相干态、热态和压缩态等3种高斯量子态的统计特性，并对量子照明测距方案中经典相干态与双模压缩真空态的信号检测性能进行了理论分析和数值模拟实验。结果表明，相较于传统测距方法，利用量子信号压缩和纠缠特性的方法能有效提高导航测距的距离分辨率，性能上优于经典方案，且在噪声光子数较多时具有更强的抗环境干扰能力。关键词量子光学；无线电导航；量子照明；量子纠缠；压缩态；脉冲测距中图分类号O431文献标志码ADOI：10.3788/AOS2208021引言测距技术作为实现未知目标定位与导航的基础技术，与人民生活、国防建设、航空航天探测等方面息息相关。传统导航测距系统通过不断向空间发射电磁脉冲，经过目标反射到接收端，检测回波脉冲并估计其与发射时刻的时间延迟即可实现导航测距［1］。发射电磁脉冲信号的带宽越宽、发射功率越大，所测得的时间精度也就越高，但受到电磁波脉冲的能量与带宽的限制，其测距精度存在一定的极限［2］。为了获得更高的测距精度，通常将多项传统测距技术（如重磁/地形辅助导航［3］，视觉惯性组合导航［4］等）进行有效组合，但其测距精度始终受限于散粒噪声极限。纠缠是量子物理相较于经典物理最奇特的现象之一，量子精密测距技术便得益于量子信息的纠缠特性［5-6］。在传感测量中，纠缠使得测量精度能够突破散粒噪声极限，达到海森堡极限［7-9］；纠缠也是脆弱的，环境噪声和损耗可以轻易地破坏纠缠［10］。然而研究发现，在量子照明中，即使传输通道完全破坏了初始制备的纠缠态，目标探测的能力相对于经典信号仍然有约6dB的性能提升，其量子优势仍然可以保持［11-13］。为了超越经典测量中能量、带宽和精度的限制，量子测距利用量子纠缠、量子压缩等特性，使传递的量子信息具有强相关性和高密集程度，其精度可接近海森堡测不准原理所限定的物理极限［14］，获得比经典无线电测距系统高得多的测距精度，并可进一步应用于诸如导航［15］、...
