量子通信是量子論和經典信息論相結合后,所發(fā)展出的新型交叉學科。研究和實驗結果表明,由于量子獨有的天賦特征,量子通信具有其他通信體系所無可比擬的安全性。而全球量子通信的廣域網建設必將成為不遠將來量子通信研究范疇的重點。而量子衛(wèi)星通信具有安全保密、系統(tǒng)容量大等亮點,對于軍事、金融等領域具有重大的應用價值,是構建全球量子通信網的重要組成部分,已成為本領域當前的研究熱點。2016年8月16日1時40分,中國發(fā)射了“墨子號”科學實驗衛(wèi)星,此次量子衛(wèi)星的成功發(fā)射,也標志著中國對量子通信研究與發(fā)展的支持與重視。隨后,中國科學院的研究人員將借助量子衛(wèi)星平臺,進行一系列驗證性實驗,以期突破量子通信在各個方面的技術障礙�；诹孔有l(wèi)星通信的星地量子鏈路,是建立全球量子通信廣域網絡所不可或缺的重要組成部分。然而,現階段在大氣帶電粒子所引起的各種極端天氣條件下,對星地量子鏈路通信性能影響方面的研究很少,為此本文結合量子衛(wèi)星通信基本理論,分析了大氣帶電粒子對星地量子鏈路光量子信號傳輸的衰減模型,側重于研究,光量子信號與帶電粒子所引起的各極端自然環(huán)境,相互影響的關系,詳細地研究了雷暴云、帶電沙塵暴等惡劣天氣對星地量子鏈路通信性能的影響,為以后量子衛(wèi)星通信的更深層次的研究奠定了理論參考依據。本文的創(chuàng)新點主要分為:一、根據雷暴云中大氣帶電粒子的消光截面與數目濃度分布函數,得到了大氣帶電粒子濃度、電荷密度與星地量子鏈路衰減系數的關系并進行了參數仿真。針對退極化信道和振幅阻尼信道,構建了大氣帶電粒子濃度、電荷密度與星地量子鏈路信道容量之間的函數關系并進行了仿真分析。針對退極化信道,構建了大氣帶電粒子濃度、電荷密度與星地量子鏈路信道平均保真度、信道生存函數之間的關系并進行了參數仿真和數據分析。二、根據非球形大氣帶電粒子的消光截面,并結合譜分布函數,得到了橢球形、切比雪夫大氣帶電粒子等效半徑、粒子濃度與星地量子鏈路衰減系數的關系。建立了橢球形、切比雪夫大氣帶電粒子等效半徑、電荷密度及傳輸擴散時間與星地量子鏈路糾纏度之間的關系。剖析了大氣能見度與星地量子鏈路通信保真度之間的定量關系。并在章節(jié)末尾處,首次把本文數據與前人研究成果進行了數據對比分析。三、為了研究帶電沙塵粒子本身物理特性與星地量子鏈路光子能量、密鑰分發(fā)和信道建立速率之間的關系。按照帶電沙塵粒子的譜分布函數與前向散射振幅,提出了帶電沙塵暴對光量子信號的消光衰減表達式。在其中,首次將帶電粒子的荷質比這一表征粒子帶電性的參量,考慮進運算。同時,還對全文進行了概括總結,并展望了量子衛(wèi)星通信未來的發(fā)展,將多個量子衛(wèi)星的星間切換考慮其中,最終實現全球廣域量子網絡。
【學位單位】：西安郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O413;TN91
【部分圖文】：

信號在地衛(wèi)之間進行傳輸時，不可避免地會穿過雷暴云光效應，嚴重影響星地量子鏈路通信系統(tǒng)的通信性能。雷暴云中大氣帶電粒子的粒子濃度、電荷密度與信道容間的函數關系。并進行了仿真實驗驗證，為雷暴云背景運行提供參照依據。粒子模型氣帶電粒子主要有沙塵、云霧和雨滴等幾種，沙塵的形規(guī)則，通常在理論分析時，都作簡化，較多的是簡化為示，考慮一個均勻、各向同性且無磁性的球形粒子[23]，云中存在一定的靜電場，設這一電場沿豎直方向，用 E R，介電常數為1 ，相對介電常數為r ，由于粒子間的荷密度為1 ，電荷分布角為0 。電場 Ee作用下，考慮頻率為 f 的光量子信號沿 z 軸方向，粒子內外電勢滿足拉普拉斯方程2 0。

4 6 2 *21 r r0 0 2 020 0 0 1 π 1 4π33 sin2 6 3 k R RkEE E 量子鏈路衰減的影響輸如圖 3.2 所示。

雷爆云的米氏散射的消光系數為 ext0A N R R Q m, x dR R~R+dR 范圍內大氣帶電粒子的消光截面，Q m, 212, 2 1 Ren nnQ m x n a bx 電粒子平均復折射率，na ，nb 是米氏系數，x 為2πRx d 中的雷暴云環(huán)境中，隨機分布著介電性質相同，初始振幅為0I 的量子態(tài)垂直入射，入射面為 xz z 為 0 和 d。，光量子態(tài)在雷暴云環(huán)境中經過粒子的散射與吸減。
【參考文獻】

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本文編號：2837680