基于墨子号卫星的激光时间传递的研究

发布时间：2023-03-23 03:18

　　时间(频率)是基本物理量之一,许多物理量与它相关。随着技术发展,实验室中光钟稳定度已能达到10-18量级,并朝着10-19量级迈进;在空间中也已经成功测试了稳定度达到7.2 × 10-16的冷原子钟。超高精度的时钟信号通过自由空间链路进行远距离传输在精密测量、基础物理、深空探测、地球物理、卫星导航等诸多领域具有非常重要的应用。而目前基于微波技术的时频传递的日稳定度在10-15量级,因此未来需要更高精度的时频传递方式。另一方面,时间同步也是军事、工业、通信以及金融网络等涉及国防安全以及社会民生等诸多领域的基石,如果遭受恶意攻击将会带来巨大损失,但目前应用的时间同步方案还存在许多安全性问题亟待解决,而量子信息技术为解决这些问题提供了新的视角。墨子号科学实验卫星在空间尺度的量子物理基础实验方面已经取得了一系列进展,其具有丰富的光学资源也为空间时频传递实验提供了一个很好的平台。本论文基于墨子号开展了激光时间传递的实验研究,在为实现更高精度和更安全的时间传递方面做了探索。在高精度方面,我们对异步双向激光时频传递方案进行了系统性分析和相关测试,论证该方案能够实现日稳定度10-17量级的时频传递,并...

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
第2章 时频传递的基本概念及安全性
    2.1 时频传递的基本概念
        2.1.1 发展及应用
        2.1.2 时频传递的评价指标
    2.2 高精度时频传递方案
        2.2.1 微波时频传递
        2.2.2 光纤激光时频传递
        2.2.3 自由空间激光时频传递
    2.3 时频传递的攻击
        2.3.1 时频传递模式
        2.3.2 数据层攻击
        2.3.3 物理层攻击
    2.4 安全时频传递的要求
        2.4.1 安全时频的条件及分析
        2.4.2 常见时钟同步协议的安全性
    2.5 小结
第3章 异步双向激光时频传递的系统分析及测试
    3.1 光信号及其传播
        3.1.1 光信号的选择
        3.1.2 光信号的传播及大气延时修正
    3.2 信号探测以及时间频率源
        3.2.1 光电探测器
        3.2.2 高精度时间测量
        3.2.3 时钟频率源
        3.2.4 系统标校
    3.3 性能分析
        3.3.1 时间比对精度及精确度
        3.3.2 时频传递稳定度
        3.3.3 时频传递距离估算
    3.4 小结
第4章 基于卫星共视的激光时频传递
    4.1 墨子号量子科学实验卫星
    4.2 卫星共视激光时频传递的方案设计与分析
        4.2.1 基于单向链路的卫星共视激光时频传递
        4.2.2 基于双向链路的卫星共视激光时频传递
    4.3 墨子号零基线共视激光时间比对实验
        4.3.1 实验方案及装置
        4.3.2 实验结果与分析
    4.4 墨子号千公里基线共视激光时间比对演示实验
        4.4.1 实验方案及装置
        4.4.2 实验结果与分析
    4.5 小结
第5章 基于量子密钥分发的安全时频传递方案
    5.1 量子技术在时频传递中的应用
        5.1.1 基于量子密钥分发的安全通信
        5.1.2 基于量子纠缠的时间同步
        5.1.3 基于量子增强的精密测量
        5.1.4 基于量子纠缠及贝尔测量的安全时频方案
    5.2 基于量子密钥分发的安全时频传递方案
    5.3 小结
第6章 星地安全时频传递实验
    6.1 实验方案与设计
        6.1.1 地面站实验装置
        6.1.2 星上实验装置
    6.2 实验流程、结果与分析
    6.3 小结
第7章 总结与展望
参考文献
附录A 论文规范
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：3768170