量子雷达的发展与应用探究

吴永刚

摘要：随着军事工业技术以及物理科研水平的提升，量子通信逐渐成为了现代物理学的热门方向，通过量子技术进行雷达探测具有准确度高、保密性好的特点，因此受到了各国专家的关注，本文通过对于量子雷达的技术分析，对其关键技术及发展趋势进行探究，力求为其进一步发展提供思路。

关键词：量子雷达；发展；应用

1 引言

量子雷达是通过量子技术来对目标进行获取感知与判断的传感器，通过采用量子通信的方式，可以有效的对被检测物进行测量与监控，量子雷达的测量极限可以达到海森伯格极限，精度极高。量子雷达技术工程人员需要掌握现代的电子技术、对于电子系统的设计有着较高的处理效率，计算机、英语能力较强，工程经验的价值举足轻重。通过自动控制原理与现代控制理论的综合应用，工程技术人员将同时具有量子雷达技术与通信技术的实践能力，兼具创新意识和能力，成为建设国家电子信息产业的新一代工作核心和中坚力量。对于量子雷达技术的应用，通过电子信息工程可以得到很好的诠释，这一结合给我们的科技发展、生活质量的提高带来了极大的震动。在量子雷达的处理分析中，电磁学技术起到了举足轻重的作用，结合实时的信息与数据，精准的、有针对性的对量子雷达进行优化分析，量子雷达技术将会是未来军事工程的一只尖兵。量子雷达技术的更新换代是一条光明而曲折的路，在这条路上会出现很多难题与挑战，这个任务长期而又艰巨，需要结合实际生产经验，不断地进行总结归纳。为实现自身的长远发展而进行大胆革新，需要利用创新思维进行现代化建设，从而大踏步地走向高效生产的工业化目标。

2 量子雷达分析

2.1 雷达结构

通过在信号发射端和接收端引入量子增强策略，量子增强策略通过量子发射机和量子接收机实现，可以改善系统的探测性能。控制室内有很多的电位丝位于信号接入点，充进气体之后，与计数管做比对，可以将粒子的运动状态与位置进行分析，能够对其运动状态进行预测，其位置的分辨率很高，可以对其进行精确测定，漂移室根据结构特点分为多丝漂移室、均匀电场漂移室和可调电场漂移室三类。多丝室是测定在量子信号检测中具有极为重要的作用，可以检测粒子的雪崩效应，粒子的运动更加的可控可观，这种技术受到了各国物理学家极为广泛的关注，同时也为电磁学在量子雷达控制中的进一步应用打下了坚实的基础。带电粒子在透明介质中运动，当其速度超过光在该介质中的传输速度时，就会产生微弱的可见光──契伦科夫辐射光。它的辐射角与粒子速度有关，因而提供了一种测量带电粒子速度的方法。最初其是单纯的电子设备，后来IC的成功导致了其他技术的集成，从而使得其他电子设备获得小尺寸和低成本的相同优点，这些技术包括机械装置、光学和传感器。

2.2 量子照明

传统的雷达系统向空间目标发射经典电磁信号并接收散射回波实现探测，较小的量子信号加速器用于各种应用，包括用于肿瘤学的粒子靶向治疗，用于医学诊断的放射性同位素生产，用于制造半导体的离子注入机和用于测量稀有同位素如放射性碳的加速器质谱仪。目前世界各地运行的加速器已超过30，000台。量子信号发生器有两种基本类型：静电加速器和电动加速器，它们的环内部束团平均横向尺寸在几十厘米量级。采用低温正离子团，温度越低越好以减少热辐射损失，环内离子团有高占空比，平均流强高达百万安培量级，粒子能量处于远离相对论效应的能量区，即低能低温等离子流。使用超导技术提供相应的FQ聚焦系统以克服空间电荷效应将等离子体束团约束。对撞区用高磁场聚焦压缩束团横向尺寸至几十微米量级以提升对撞亮度，实验发现，量子技术照明对于电磁信号具有一定的控制作用。采用量子照明技术进行通信，保密性较好。

3 量子雷达的关键技术及应用

3.1 非经典信号的调制

传统雷达回波为发射电磁波在空间环境背景下与目标共同作用的结果，环境作用包含噪声、干扰和杂波等，目标的调制由材料、形状、姿态和运动等因素决定，可用Maxwell方程组、本构方程以及边界条件完全刻画。量子雷达设计通常不依賴于被动冷却，而是要求水通过热交换器被主动泵送，只有在量子雷达稳定运行的情况下，才能够做好信号的控制与管理工作。目标调制的物理过程可表现为振荡电磁场照射目标产生表面电流，表面电流激发空间散射电磁场形成回波信号；散射场的畸变或其他成分电磁场的叠加即表现为环境作用。

3.2 非经典信号的检测

纠缠信号检测的核心内容是单光子探测和纠缠检测。单光子探测广泛应用于光子计数成像领域，信号微弱到以离散光子的形式存在，是微弱信号检测的极端情况。对于纠缠光子的探测，可使用单光子探测技术。光电倍增管和雪崩光电二极管等单光子探测器为纠缠光子的检测提供了可能，由于在这些磁场中，颗粒可以多次通过相同的加速场，所以输出能量不受加速场强度的限制，这种机器是大多数现代大型加速器的基础。近年来发展起来的超导探测器在单光子检测方面同样具有可观的潜力。

4 总结

安全高效的量子加密通信技术可以让雷达探测有条不紊进行，而且人们也更加地依赖于利用量子技术。但是在一定程度上，过度依靠其也不完美，如果出现故障，那么将会使通信陷入大瘫痪之中。而且对于人员的要求也很高，要及时对量子雷达系统加以维护，防止因为故障而影响到设备和人员的安全。

参考文献：

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[2]肖怀铁，刘康，范红旗.量子雷达及其目标探测性能综述[J].国防科技大学学报.2014（06）

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