星地量子通信试验中的数据处理算法分析-analysis of data processing algorithms in satellite-earth quantum communication experiments.docxVIP

星地量子通信试验中的数据处理算法研究摘要量 子 信 息 是 量 子 力 学 与 信 息 科 学 相 融 合 而 产 生 的 一 门 新 兴 学 科 。 量 子 通 信 是 量 子 信 息 最 接 近 使 用 化 的 分 支 ， 由 于 其 以 光 子 作 为 信 息 的 载 体 ， 因 而 具 有 经 典 信 息 无 法 比 拟 的 安 全 性 ， 在 最 近 三 十 年 中 得 到 飞 速 发 展 ， 为 当 前 信 息 安 全 提 供了解决 方案。量 子 通 信 主 要 包 括 试 验 分 发 和 数 据 处 理 两 个 阶 段 ， 分 发 试 验 阶 段 主 要 通 过 量 子 编 码 完 成 信 息 的 传 输 ， 而 数 据 处 理 是 通 过 量 子 通 信 算 法 获 得 绝 对 安 全 的 密 钥序列。本 论 文 对 于 构 建 星 地 量 子 密 钥 分 发 试 验 中 数 据 后 处 理 相 关 理 论 和 关 键 技 术 的 研 究 ， 主 要 内 容 包 括 ： 介 绍 了 基 于 同 步 光 的 时 间 同 步 算 法 ， 提 出 了 一 套 基 于 GPS 的时间同步算法 ，并通过 连续时 间的 相关性， 快速实 现时 间同步， 然后实 施 基 矢 比 对 、 密 钥 纠 错 和 隐 私 放 大 等 算 法 操 作 ， 最 终 获 得 绝 对 安 全 的 密 钥 序 列 ； 在 此 基 础 上 ， 研 制 了 一 套 量 子 密 钥 分 发 试 验 系 统 和 跟 踪 系 统 软 件 ， 完 成 量 子 密 钥分发试 验中的 跟踪 算法的实 现和优 化， 并通过青 海 湖白 天 52km 诱骗态量 子密 钥 分 发 试 验 验 证 了 跟 踪 系 统 性 能 的 可 靠 性 和 数 据 后 处 理 算 法 的 可 行 性 ； 该 数 据 处 理 算 法 通 过 进 行 有 效 时 间 段 的 筛 选 算 法 、 符 合 门 宽 算 法 ， 克 服 了 链 路 效 率 波 动、高背 景噪声 等影 响，最终 信号态 误码 率为 1.78%,成 码率为 123bps，同时，该 试 验 的 成 功 为 星 地 全 天 候 量 子 密 钥 分 发 提 供 了 理 论 依 据 。 最 后 ， 我 们 分 析 了 卫 星 载 荷 与 地 面 基 站 之 间 的 径 向 距 离 不 断 变 化 对 数 据 后 处 理 的 影 响 以 及 星 地 单 链 路和复合 链路成 码率 下限，选 择了 8km 和 40km 的量子密钥 分发试验 对星地 复合 链 路 成 码 率 进 行 了 模 拟 ， 成 码 率 为 86bps， 最 终 通 过 理 论 分 析 和 数 值 计 算 ， 验 证 了基于卫 星中继 的量 子密钥分 发的可 行性 。关键词： 量子通信,量子密钥 分发,数 据 后处理,软 件算法 设 计IThe Study of Data Processing Algorithmin Ground-satellite Quantum Communication ExperimentAbstractQuantum information is an interdisciplinary which combines quantum mechanics and classical information science. Quantum communication is the most rapidly developing field towards practical quantum information during the past three decades and makes photon as carrier for message, thus it has unique advantages of absolute security. Quantum communication provides the solutions for current information security.Quantum communication chiefly include two phase. One is the experiment of distribution, and another is the data processing. The first is to accomplish the transmission of information by quantum encoding and the later is to obtain the final quantum key sequence b