量子导航定位系统

本书是从实际应用角度来考虑基于卫星的量子导航定位系统中所涉及的有关量子卫星导航定位系统的设计、捕获瞄准与跟踪系统技术和粗精跟踪控制、纠缠光特性制备及其到达时间差的获取、量子信道大气扰动延时补偿方法，以及量子定位系统仿真平台设计等方面内容的一本著作。在量子卫星导航定位系统的设计方面，详细给出了量子导航定位系统框架结构的设计，星基量子定位导航系统的测距、定位与导航，以及量子导航定位系统中光学信号传输系统设计；在捕获瞄准与跟踪系统技术和粗精跟踪控制方面，着重在量子导航定位系统中的捕获和粗跟踪技术、量子定位中粗跟踪控制系统设计与仿真实验，以及量子定位系统中精跟踪控制的研究，为了达到“针尖对麦芒”的高精度精跟踪控制，精跟踪系统中采用了自适应强跟踪卡尔曼滤波器（ASTKF）设计，以及带有ASTKF的精跟踪系统比例积分微分（PID）控制器设计；在纠缠光特性制备及其到达时间差的获取方面，涉及自发参量下转换制备纠缠光子对的特性研究、双量子系统优选纠缠态制备的两种控制方法，以及基于量子纠缠光的符合计数与到达时间差的研究；在量子信道大气扰动延时补偿方法方面，着重在量子信道大气扰动延时补偿方法的研究和削弱大气干扰影响的三种量子测距定位方案的研究，所有的研究都进行了系统仿真实验，其中包括考虑超前瞄准角的ATP系统的设计及其仿真实验。
本书可以作为量子物理化学、量子信息与通信，以及对量子系统控制感兴趣的电子、力学工程、应用数学、计算科学和控制工程等领域的高年级本科生或研究生有关量子控制系统应用技术的教材或参考书籍。

丛爽，中国科学技术大学教授，毕业于北京航空航天大学自动控制系，现任中国自动化学会系统仿真专业委员会副主任委员；中国自动化学会控制理论与应用专业委员会委员，IEEE高级会员，国际自动化联合学会（IFAC）控制设计技术委员会委员。

前言
第1章 概论
1.1 量子纠缠态制备的国内外现状
1.1.1 自发参量下转换制备光子纠缠态
1.1.2 离子阱制备纠缠态
1.1.3 腔量子电动力学制备纠缠态
1.2 量子卫星系统的发展状况
1.3 捕获、跟踪和瞄准技术
1.4 量子定位技术及量子时钟同步技术
1.5 量子导航定位技术的发展前景
1.6 本书内容及章节安排
1.6.1 本书内容
1.6.2 本书章节安排
第2章 量子卫星导航定位系统的设计
2.1 量子导航定位系统框架结构的设计
2.1.1 量子导航定位系统的定位过程与组成结构
2.1.2 自发参量下转换产生量子纠缠光子对的工作原理
2.1.3 ATP子系统的内部框架结构与工作过程
2.1.4 光子干涉测量子系统的组成结构与工作过程
2.1.5 信号处理子系统的数据解算原理
2.1.6 小结
2.2 星基量子定位导航系统的测距、定位与导航
2.2.1 星地光链路的建立
2.2.2 纠缠光到达时间差的获取
2.2.3 基于到达时间差的量子测距、定位与导航
2.2.4 小结
2.3 量子导航定位系统中光学信号传输系统设计
2.3.1 光学信号传输系统的结构和性能指标
2.3.2 光学信号传输系统设计
2.3.3 HOM干涉仪
2.3.4 小结
第3章 捕获瞄准与跟踪系统技术
3.1 量子导航定位系统中的捕获和粗跟踪技术
3.1.1 ATP系统的组成和工作过程
3.1.2 捕获阶段的初始指向和扫描技术
3.1.3 捕获阶段的精度和性能
3.1.4 粗跟踪阶段的精度和性能
3.1.5 小结
3.2 量子定位中粗跟踪控制系统设计与仿真实验
3.2.1 粗跟踪系统控制环路与传递函数建立
3.2.2 粗跟踪系统三环控制回路的设计
3.2.3 小结
3.3 量子定位系统中捕获与粗跟踪控制研究
3.3.1 卫星运行轨道与发射信号的获取
3.3.2 基于两轴的粗跟踪控制系统设计
3.3.3 基于两轴的捕获与粗跟踪系统仿真实验及其结果分析
3.3.4 小结
第4章 捕获瞄准与跟踪系统中精跟踪控制
4.1 量子定位系统中的精跟踪系统与超前瞄准系统
4.1.1 量子定位系统及ATP系统的工作过程
4.1.2 精跟踪系统中的部件参数与系统性能之间的关系以及选型分析
4.1.3 精跟踪系统控制框图与传递函数的建立
4.1.4 超前瞄准系统结构与超前瞄准角度控制
4.1.5 小结
4.2 量子定位中精跟踪系统的PID控制
4.2.1 精跟踪系统模型建立
4.2.2 精跟踪系统PID控制器的设计
4.2.3 精跟踪系统仿真实验及其结果分析
4.2.4 小结
4.3 量子定位中精跟踪系统状态滤波与控制器设计
4.3.1 精跟踪系统结构及其工作原理
4.3.2 精跟踪系统中扰动与噪声模型的建立以及特性分析
4.3.3 精跟踪系统中ASTKF设计
4.3.4 带有ASTKF的精跟踪系统PID控制器的设计
4.3.5 精跟踪系统仿真实验及其性能对比分析
4.3.6 小结
第5章 纠缠光特性制备及其到达时间差的获取
5.1 自发参量下转换制备纠缠光子对的特性
5.1.1 Ⅱ型自发参量下转换光子对的产生
5.1.2 双光子联合光谱以及单光子光谱与抽运频宽和晶体厚度的关系
5.1.3 不同参数下的光谱特性实验及其结果分析
5.1.4 小结
5.2 双量子系统优选纠缠态制备的两种控制方法
5.2.1 量子系统状态调控模型的建立
5.2.2 HCI脉冲序列制备纠缠态
5.2.3 元脉冲制备纠缠态
5.2.4 小结
5.3 基于量子纠缠光的符合计数与到达时间差的获取
5.3.1 量子纠缠光的二阶关联特性和双脉冲的符合测量原理
5.3.2 符合测量单元的软件算法设计
5.3.3 符合算法中各参数对性能影响及其优化选取
5.3.4 小结
第6章 量子信道大气扰动延时补偿方法
6.1 量子信道大气扰动延时补偿方法的研究
6.1.1 电离层路径延迟和对流层路径延迟的产生因素
6.1.2 电离层路径延迟修正模型
6.1.3 对流层路径延迟修正模型
6.1.4 小结
6.2 削弱大气干扰影响的三种量子测距定位方案
6.2.1 纠缠光在大气层中传播时产生的距离误差
6.2.2 三种削弱大气层影响的方案
6.2.3 数值计算实例
6.2.4 小结
第7章 量子定位系统仿真平台设计
7.1 地面对量子卫星信号捕获及粗跟踪过程的仿真研究
7.1.1 卫星运行轨道参数的确定及经过地面端上方区域时间的计算
7.1.2 地面端接收卫星发射信号的方位角和俯仰角的推导
7.1.3 基于GUI的动画仿真演示平台设计
7.1.4 小结
7.2 ATP系统动态仿真平台设计
7.2.1 ATP系统的工作原理
7.2.2 基于GUI的ATP系统动态仿真平台设计
7.2.3 ATP系统动态仿真平台实例演示
7.2.4 小结
7.3 基于GUI的纠缠光子源产生与接收以及时间差拟合的仿真平台设计
7.3.1 纠缠光子源产生与接收以及符合计数拟合的工作过程和GUI设计
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