量子干涉雷达大气环境影响机理

Limited by the electromagnetics theory, the performance of radar has enter a bottleneck that is difficult to break. Meanwhile, there is a critical demand to improve the performance of classical radar systems and increase the probability of detection, identification, and discrimination of stealth plane or other objects.. Quantum radar introduces quantum optics and quantum information into the remote sense and target detection, which exploit the quantum phenomena in order to break the limitation of classical radar, for instance, increasing the sensitivity and range resolution. Compared with classical radar, quantum radar has more advantage such as super-sensitivity, super-resolution, quantum scattering cross section and anti-jamming, these preponderances make quantum radar has many applications in military and engineering.. In this program, we shall investigate the interferometric quantum radar and the effects of turbulent atmosphere. First, we use quantum optics and quantum metrology theory to design quantum interferometer radar based on different quantum state and research the sensitivity and resolution of quantum radar. Then, we shall combined quantum optic theory with classical turbulent statics theory to build the model of quantum light field transmission in atmosphere, and investigate the effects of turbulent atmosphere on quantum radar with this model.

隐身和电子干扰技术对经典雷达系统构成重大威胁，量子雷达则将量子光学和量子信息引入遥感套测领域以打破经典雷达的瓶颈，量子雷达拥有超灵敏度、超分辨率、抗干扰等诸多优势，在军事和航空领域均有着重要应用。目前量子雷达已有研究多集中于方案设计及性能分析，对大气湍流效应的影响研究较少，部分研究中还采用错误的湍流模型。. 本项目针对此问题，以量子干涉雷达和湍流大气为研究对象，将经典湍流理论与量子光学相结合，构建新的量子光场大气传输模型，并以此为基础研究湍流大气对量子干涉雷达的影响，揭示其内在的影响机理；项目的研究成果对量子干涉雷达的方案设计有着重要意义，为其工程实现提供科学依据，此外研究过程中构建的量子光场大气传输模型在其他空间量子信息技术中有着广泛的应用空间。

隐身战机和干扰技术的发展对雷达提出新的挑战，经典雷达受限于电磁理论，在提高灵敏度、分辨率、隐身目标探测、抗干扰方面遇到难以突破的瓶颈已无法满足日益苛刻的军事需求。量子雷达将量子光学和信息技术引入遥感探测打破了经典理论的桎梏，具有超灵敏度、超分辨率、量子散射截面、抗干扰等诸多优势，在隐身目标探测、安全成像、近地空间探测等方面有着重要应用。.目前学界对量子雷达的研究集中于方案设计和性能分析，缺乏湍流大气影响的系统研究；少数研究多集中于大气损耗，对闪烁、相位起伏等效应的研究极少，且研究过程中存在混淆/乱用湍流模型等诸多问题。本项目针对量子干涉雷达性能及湍流大气影响机理展开研究；首先分析采用各种量子光场、探测算符的量子干涉雷达的性能，随后在量子态中引入空间模，结合经典湍流理论研究量子光场的湍流大气传输，构建出量子光场大气传输模型，从而进一步研究湍流对量子雷达的影响机理。.本项目系统的研究了大气湍流的闪烁效应、相位起伏、光束扩展、光束漂移等湍流效应对不同方案的量子干涉雷达的影响。研究结果显示，真实大气环境中，基于相干态的量子干涉雷达方案优于其他Fock态、纠缠态的方案；此外特定情况下，大气闪烁与相位起伏反而有助于提高相位估计的灵敏度。对此，我们也给予了相应的解释。