基于量子纠缠对的二阶相关星地时钟同步研究

在卫星导航系统中,常用的时间同步方法可以提供纳s级同步精度,为突破经典无线电理论的测量精度而利用纠缠光子对的量子测量方法可提供fs级测量精度。基于量子光学的二阶相关函数定义,对自发参量下转换过程产生量子纠缠光子对的二阶相关函数在晶体范围内进行柱面积分,代入波矢量的一阶展开,积分结果得到二阶相关函数与测量时间差的关系。基于二阶相关函数的时间相关性,提出一种星地时钟同步测量方案。仿真表明:在理想情况下二阶相关函数反映时间精度达70fs,文中设计方案同步测量精度可达140fs。     

传输带时钟同步的量子测量原理

时钟同步技术不管在民用生活中,还是在军事通信中都起着非常重要的作用。但是,现实中并不存在绝对同步的时钟,所以,测量两地时钟的同步性,是全世界国家所关心和研究的重要课题。在这样的背景下,提出一种传输带时钟同步的方法,此方法并不需要交换信号的传输时间;并基于脉冲纠缠双光子的量子相干性,给出了一种时钟同步的光学实验方案,此方案对介质色散具有很强的扼制效应。     

激光在大气中传输特性的仿真研究

大气对激光传输产生光强闪烁、光束漂移及光斑扩展等影响,严重限制了激光通信、激光测距等系统的工作性能。因此全面开展大气信道中激光传输特性研究是十分重要和必要的。主要研究建立了大气吸收、大气散射衰减效应理论模型及光强起伏、光束漂移和光斑扩展等大气湍流效应影响模型。在分析各模型的基础上,重点进行大气吸收、散射理论模型的仿真和大气湍流对激光传输特性影响模型的仿真。仿真结果表明:大气的吸收和散射将对功率产生衰减;大气抖动引起的激光散斑效应、光束偏折和扩展效应将影响跟踪精度和视轴对准精度;大气湍流引起的光功率波动效应将影响通信的速率和误码率。     

近海污染大气对自由空间量子通信性能的影响

自由空间是量子保密通信的重要应用场景之一。近海地区,大气湿度和各种污染大气气溶胶粒子会导致量子链路性能的衰减。基于Mie散射理论,结合近海地区空气湿度对气溶胶粒径及复折射率的影响,计算吸湿后近海污染大气气溶胶的消光系数。根据气溶胶的粒度谱分布函数,分析近海污染大气气溶胶粒子浓度与星地量子链路衰减、量子链路效率及信道纠缠度之间的关系。针对比特翻转噪声及相位阻尼噪声,研究量子隐形传态保真度的变化。结果表明,近海地区大气相对湿度为80%的环境下,当传输距离为6 km,气溶胶粒子数浓度为60 cm^-3时,对应的链路衰减系数、链路效率、幅值阻尼信道量子纠缠度分别为1.7 dB、2.02×10^-6、0.457。仿真结果可为近海地区量子通信系统的设计与优化提供参考。     

基于纠缠交换协议的令牌环局域网络传输模型

针对多节点在局域网中的量子保密通信,建立了一种基于纠缠交换协议的令牌环局域网络传输模型。该模型结合纠缠交换协议,通过引入令牌环原理,进而使得量子无线基站可以在确定的时隙内分发纠缠资源给2个节点,进行无冲突通信。分析了网络的性能,推导得到了网络信息吞吐率与量子隐形传态成功概率和信道纠缠度之间的关系,通过MATLAB仿真实验对吞吐率的数值进行了分析,证明该模型的可行性,结果表明:提高通信双方建立纠缠资源、Bell态测量及成功接收测量信息的概率以及缩短信息的传输时间和优化信道的质量提高信道的纠缠度,可以增加网络的吞吐率,能有效满足量子通信的保密需求,对该领域的后续研究具有一定的参考价值。     

基于Zigbee无线传感网的量子通信路由协议的研究

该文将无线传感网Zigbee技术与量子通信结合,在ZBR(ZigBee Routing)路由算法基础上,提出针对量子通信改进的QZBR(Quantum-ZigBee Routing)协议,阐述了实现量子信道建立和量子信息传输的具体过程。QZBR改进协议在路由选择中融入了量子纠缠粒子对数的度量,采用反向同步法在路由发现后进行反向路由建立时同步建立量子信道,达到提高效率、减少控制消息数量和缩减量子信道建立时间的目的。     

基于纠缠交换的多级量子信令传输策略

目的设计多用户量子信令网构架,解决与经典通信网的互联互通问题。方法提出了多级分层网状拓扑的量子信令网构架,设计了实用的量子信令系统,使用量子隐性传态和纠缠交换完成多级量子信令传输,并具备迂回路由和中继功能。结果在多级分层网状拓扑中,信令误比特率随着量子信道系数的增大而减小,量子信令传输损伤随着测量基偏差角的减小而减小;在测量基偏差角度较小时,量子信令传输损伤主要由量子噪声决定;中继方式可以进一步降低系统信令误比特率,提高量子通信的可靠性。结论提出的多用户量子信令网系统结构简单,安全保密,实时性好,便于扩展,通过中继可有效降低量子信道噪声和退相干效应。     

用非最大纠缠态实现三粒子部分纠缠态的量子受控传递

由于制备与传输中的环境耦合,现实中的纠缠态大部分是非最大纠缠态．在研究现有量子受控传递方案的基础上,提出了一种利用非最大纠缠态作为量子通道来几率地传输三粒子部分纠缠态的量子控制方案．在该方案中,选择量子通道中的一个粒子作为控制粒子,发送者进行一次Bell基测量和2次Hadamard门测量;控制者实施一次Hadamard门测量,并将他们的测量结果利用经典信道发给接收者;接收者根据他们的测量结果进行适当的幺正变换以及一些必要的投影测量就能得到待传的未知量子态．该方案是一种基于非最大纠缠态的几率受控的隐形传态方案,可以应用于远程量子计算、远程量子克隆、量子远程控制等．     

在量子信息分裂中利用局部测量提高量子参数估计

我们利用多体量子纠缠信道在环境噪声中实现了关于量子相位参量的信息分裂.这个量子信息分裂方案是指从一个发送端,人们将含有信息的任意量子态传输到多个接收端,然后利用么正测量在任意一个接收端上还原量子参量信息.我们发现,在退振幅阻尼噪声通道下,合理引入局部测量能提高量子参量估计精度.当环境表现为马尔科夫性时,经过量子信息分裂,量子参量估计精度的动力学演化会呈现单调衰减趋势.当环境具有一定记忆效应时,其演化会呈现振荡起伏行为.     

基于4粒子纠缠态的未知3粒子态概率量子隐形传态

使用4粒子纠缠态作为量子信道,在对4粒子纠缠态的纠缠系数方面并没有做确切要求的前提下,完成了未知3粒子纠缠态的隐形传态.在传输过程中,发送方对2对粒子进行Bell测量并公布结果,然后再对4粒子中的一个粒子作Hadamard操作之后,也对其进行测量,且将测量结果通过经典信道公布.接收方引进2个辅助粒子并实施一次控制非操作,再进行一组适当的幺正变换,便可实现未知3粒子纠缠态的概率量子隐形传态.     

A satellite clock error correction method in the wide area differential system

Based on the deep analysis of the wide area differential principle on the separation of satellite ephemeris errors and clock errors, the similarities and differences between the absolute separation of satellite ephemeris errors under time synchronization among the differential stations and relative separation of them under no time synchronization among them are analyzed. A one-station correction method of satellite clock errors including the 1st and the 2nd step correction is given under no time synchronization among these secondary stations, and the backward inference algorithm of the second correction of satellite clock errors is proposed. Through simulation analysis, satellite time service accuracy with code phase measurement can reach 5―7 ns, and that with carrier phase smoothing pseudo-range can reach 1―3 ns.     

基于时延不对称网络的最小排队转发时延估计

针对精密时间协议(PTP)报文的不确定排队转发时延恶化PTP同步性能的问题,提出最小排队转发时延估计算法.通过对链路时延堆栈式比较,基于筛选出的未受阻塞的幸运报文进行时钟偏移估计,提高了时延不对称网络中的PTP同步性能.算法的边界条件由搜寻幸运报文的平均时间间隔决定,推导了该边界条件公式.测试验证结果表明:在主从链路时延不对称的环境下,相比于无优化情况,链路时延估计精度提高了约25ns,其稳定度提高了近2个数量级;PTP系统同步精度提高了1倍以上,其稳定度提高了近4倍.     

Delay Trigger in the Application of Network Testing System

The researchers who study the local area network( LAN) eXtension for instrumentation( LXI) instrument are pursuing instrument’s high-precision synchronization. In the paper,three synchronization modes were discussed which were clock synchronization, trigger synchronization, and response synchronization. Synchronous process between LXI instruments was analyzed and each time factor affecting the synchronization accuracy was discussed. On the basis of the analysis,it can be found that delay trigger plays an important role in the network testing system’s synchronization. Delay trigger can produce an additional time interval to correct the difference of each LXI instrument’s response time. Then,a method to realize the delay trigger was introduced. Delay time can be adjustable according to the actual demand. Finally,synchronization accuracy of network testing system can reach nanoseconds.     

一定同步准确度下具有漂移补偿的RCR时钟同步模型研究

基于分析基于报文传输延迟测算的时钟同步方法,提出一定同步准确度下具有漂移补偿的RCR模型,它具有提高每一次同步准确度、简化远端时钟读取成功判断的特点,在整体上实现降低整个系统同步计算量的优势.通过给出集成时间戳报文数字锁相环漂移补偿,实现一定同步准确度下具有漂移补偿的RCR时钟模型同步架构及仿真.结果表明,该模型可将目前常见的基于报文传输延迟测算的时钟同步方法NTP、IEEE1588等的准确度提高一个数量级.     

基于WLAN信标的连续时钟同步算法

IEEE 802.11无线局域网自有的时钟同步协议的定时同步功能（timing synchronization function,TSF）采用偏移量补偿的方式.基于这种TSF满足不了实时应用对同步精度的要求,提出一种基于WLAN信标的主从结构式连续时钟同步算法.该算法具有同步精度高、时钟连续变化、抗信标延迟和丢失能力强等优点.     

一种全球导航卫生系统钟差估计优化方案的量化研究

摘要：针对卫星钟差解算策略的优化问题,本文基于BERNESE GNSS数据处理软件,设计了卫星估计钟差解算方案。提出了“单位时间误差梯度”的概念,量化了解算精密钟差的效率。采用基于TIN的选站法选取参考站,利用历元参数在历元间的独立性,分步解算各类参数。既减少了因大量历元参数存在引起的时间迟滞,又消除了单历元观测离群值对非历元参数估计的影响,从而提高了GNSS卫星钟差估计效率。利用IGS跟踪站作为参考站对以上解算过程进行实验,结果表明估计钟差与IGS精密钟差的符合精度达到0.1ns,陆态网精密单点定位（PPP）动态解最大偏差小于10cm,能够满足动态定位厘米级的精度要求,为估计钟差时参考站的数量和几何分布的选择提供了参考。     

基于累计时延统计的传感器网络数据同步算法

传感器网络数据同步是数据融合算法正确运行的前提,具体指网内各节点汇报的数据基于同一时间基准,其采集时间、先后顺序等与真实情况一致．然而由于节点晶振的频率偏差和不同的初始计时时刻,网内节点的本地时钟不同步,这使得根据本地时钟标记的数据不能保持同步．提出了一种基于累计时延统计的数据同步算法,通过在数据包头附加一个时延字段,沿途节点根据该数据包的停留时间更新该字段,数据到达远方站点时即包含了数据的总时延,接收站根据当前时刻和累积时延计算数据的采集时间,最终达到数据同步．分析表明该算法可达到HIS级同步精度,适合于中低精度应用．相比于常规同步算法,其通信开销几乎为零．     

基于IEEE 1588协议的网络时钟同步系统

提出一种基于IEEE1588协议和卫星授时的局域网内时间同步方案,将FC3180微控制器作为设备的核心控制单元,结合相应的硬件单元实现IEEE1588协议,将通过授时模块获取的卫星上的时间作为基准时间.IEEE1588将此基准时间分布到局域网中,并将各个从时钟设备的时间同步到基准时间源上.实验结果表明,该方案能够实现亚微秒级别的时间同步精度,达到了IEEE1588协议规定的精度,能够满足大部分应用系统对时间同步的要求,具有一定的应用价值.     

分布式系统高精度时钟同步算法及其实现

时钟漂移与传输延时的不确定性是分布式系统时钟同步中一个不容忽视的问题，它直接影响同步精度．为此，充分考虑两者的影响，基于锁相环原理将PID调节与线性补偿相结合，提出了一种高精度时钟同步算法．采用RTLinux构建了具有时间触发机制的工业以太网实验平台，并在该平台上对所提出的同步算法进行实验研究，得到了网络延时参数的分布曲线和同步性能曲线等．结果表明，该同步算法有效地抵消了时钟漂移，抑制了网络延时的不确定性，获得了更高的时钟同步精度。     

基于环状拓扑的网络时钟同步

时钟同步是很多网络应用的基本要求。本文研究并设计实现了基于环状拓扑的分布式多主机时钟同步系统。系统使用面向单向延迟测量的Altair&Vega（A&V）方法支持两主机间的时间同步，利用特有的环状拓扑上的累积误差提高系统的精度。文中详细介绍了动态环状逻辑拓扑的控制方案和高精度的相对时钟偏移修正方案，并对测试结果进行了详细的分析，通积累误差得到毫秒级的同步结果。