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申请/专利权人：重庆邮电大学

摘要：本发明提出了一种基于时延相对误差的光量子符合计数定位方法。首先，将激光器产生的连续泵浦光通过半波片和偏振分束器形成线偏振光，照射至周期极化磷酸氧钛钾PeriodicallyPoledKTP，PPKTP晶体，产生参考光和信号光；其次，将参考光直接由本地单光子探测器接收，而将信号光发射至待测目标，并反射回本地由另一单光子探测器接收，计算各光源中信号光时间脉冲序列的光子丢失率并进行动态分组；再次，对时间脉冲序列进行符合计数，得到光的二阶关联函数曲线，将其峰值所对应的时延值作为信号光和参考光的飞行时间差；最后，针对符合计数得到的时延值，计算其他分组的时延相对误差，并动态选择具有较小时延相对误差的光源用于定位。

主权项：1.一种基于时延相对误差的光量子符合计数定位方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、利用激光器产生波长为405nm的泵浦光，并利用半波片和偏振分束器得到偏振方向为水平的线偏振光；步骤二、将线偏振光经过半波片调制为45°线偏振光以保证纠缠光的纠缠度，并经过透镜聚焦至PPKTP晶体以保证纠缠光的亮度；步骤三、将45°线偏振光照射至PPKTP晶体以产生自发参量下转换过程，光束以一定概率发生自发参量下转换得到纠缠光；步骤四、利用偏振分束器分离波长为810nm的纠缠光，得到具有相等光强I的信号光和参考光，且满足： 其中，符号“∝”表示正相关，d为PPKTP晶体长度，c为光速，Δk为相位失配量，满足： 其中，Λ为极化周期，kp为泵浦光波矢，ki为参考光波矢，ks为信号光波矢，为光栅波矢；步骤五、参考光在本地由单光子探测器1探测，产生一条时间脉冲序列CH1＝{t11,…,t1i,…,t1n}；信号光由本地发射至目标物体后返回，并由单光子探测器2探测，得到另一条时间脉冲序列CH2＝{t21,…,t2i,…,t2n}，其中，n表示时间脉冲序列长度；tji表示j＝1时对应的参考通道或j＝2时对应的信号通道的第i个时间脉冲值，其中，i＝1,2,…,n；步骤六、计算各光源信号光时间脉冲序列的光子丢失率Loss，并对各光源时间脉冲序列进行动态分组；步骤七、对各光源不同分组下两通道中时间脉冲序列进行符合计数，即设置不同的延迟τ，得到符合计数值nτ，根据符合计数原理，当符合门宽gτ远小于光场的相干时间τc，即gτ＜＜τc时，nτ与二阶关联函数G2τ之间满足如下关系： 其中，T为总采样时间；R1和R2分别为单光子探测器1和2的光子计数率；γ1和γ2分别为单光子探测器1和2的暗计数率；由上式可得： 当Ri≥γi时，其中，i＝1,2，可得： 其中，g2τ为归一化的二阶关联函数；步骤八、利用最小二乘拟合算法对得到的离散点τ,g2τ进行曲线拟合，曲线峰值所对应的横坐标为时域测量结果，即信号光和参考光的飞行时间差，于是，本地到目标的距离L可表示为： 其中，c为光速；步骤九、重复步骤七和步骤八A×M次，得到每个光源每个分组下通过符合计数得到的信号光和参考光的飞行时间差，其中，A为光源总数，M为各光源时间脉冲序列分组数，选择各分组下最小的信号光和参考光的飞行时间差为标准，计算其他分组相对于该飞行时间差的时延相对误差；步骤十、通过部署位置坐标已知的光源，根据上述步骤选择前B个具有较小时延相对误差的光源及相应的分组来计算本地到目标的距离lb，b＝1,2,…,B，其中B≤A，并利用最小二乘法估计得到目标的位置x0,y0；所述步骤六包括以下步骤：步骤六一、计算各光源信号光时间脉冲序列的光子丢失率，当tji＝0时，表示光子丢失，由此计算各光源信号光子丢失率Loss为： 其中，p为零值时间脉冲个数，w为单光子探测器接收到的信号光时间脉冲总数；步骤六二、根据信号光子丢失率，设置各光源时间脉冲序列分组数M为： 其中，符号表示向下取整；所述步骤七包括以下步骤：步骤七一、对CH1中每个脉冲值加上延时τ，得到CH1′＝{t11′,…,t1i′,…,t1n′}；步骤七二、选取CH2中每个脉冲值t2i，并判断关系式“|t1i+τ-t2i|＜gτ”是否成立，若成立，符合计数值加1；否则，符合计数值不变；步骤七三、遍历完CH2中所有的时间脉冲值后，可得延迟τ条件下的符合计数值nτ；步骤七四、将延迟迭代Q次，每次迭代延迟为q×τ，其中，q∈{1,2,…,Q}，可得Q个不同的符合计数值，即Q个离散点τq,g2τq；所述步骤九包括以下步骤：步骤九一、重复步骤七和步骤八A×M次，可得A个光源M个分组下信号光和参考光的飞行时间差集合{τ1,τ2,…,τm,…,τM}，其中，τm＝τ1,τ2,…,τA，m∈{1,2,…,M}；步骤九二、对于每个光源，选择各分组下最小信号光和参考光的飞行时间差为标准τs，计算其他分组相对于该飞行时间差的时延相对误差Δτm＝τm-τs，m∈{1,2,…,M}；步骤九三、得到所有光源不同分组下的时延相对误差集合{Δτ1,Δτ2,…,Δτm,…,ΔτM}；所述步骤十包括以下步骤：步骤十一、令选择的前B个具有较小时延相对误差的光源的位置分别为{x1,y1,x2,y2,…,xB,yB}，且计算的这B个光源到目标x0,y0的距离矢量为lm＝l1,l2,…,lB，m∈{1,2,…,M}，则构造如下方程组： 对上式化简得到： 步骤十二、令且则有： 于是，可得Y＝ΑX，其中，且步骤十三、利用最小二乘关系式可估计得到目标的位置x0,y0。

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