一种纠缠光子对时间偏移测量方法、系统、设备及介质

本技术涉及信号测量或时间频率传递，具体涉及一种纠缠光子对时间偏移测量方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、随着全球定位系统（gps）的发展，量子定位导航系统（qps）逐渐成为研究热门，qps利用具有量子纠缠特性的纠缠光子对取代电磁波，通过测量相互关联的两束纠缠光子对的到达时间戳，再通过经典信道交换时间戳数据来估计两路信号之间的时间偏移，从而解算出卫星与用户的距离以及用户的空间坐标。

2、由于纠缠光子对的到达过程具有随机性，纠缠光子对的时间戳通常呈现稀疏、非均匀分布特征，难以直接满足均匀采样的频域处理方法的输入要求。对于此，现有技术无法实现同时满足大动态范围测量和高精度实时测量的要求。

技术实现思路

1、本技术实施例期望提供一种纠缠光子对时间偏移测量方法、系统、设备及介质，能够在纠缠光子对时间偏移测量过程中同时满足大动态范围测量和高精度实时测量的需求。

2、本技术的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本技术实施例提供一种纠缠光子对时间偏移测量方法，所述方法包括：获取信号光子时间戳序列和闲置光子时间戳序列；对上述信号光子时间戳序列和上述闲置光子时间戳序列分别进行循环重采样，得到均匀时间网格上的信号光子计数数组和闲置光子计数数组；对上述信号光子计数数组和上述闲置光子计数数组进行快速傅里叶互相关运算，并基于运算结果得到初始时间偏移值；以上述初始时间偏移值为中心建立候选时间差搜索窗口，并在上述候选时间差搜索窗口内对信号光子、闲置光子进行滑动搜索，得到候选时间差集合；对上述候选时间差集合进行直方图统计，得到全局直方图统计结果，并基于上述全局直方图统计结果得到目标时间偏移值。

4、根据本技术第一方面所述的方法，上述对上述信号光子时间戳序列和所述闲置光子时间戳序列分别进行循环重采样，得到均匀时间网格上的信号光子计数数组和闲置光子计数数组，包括：基于预设时间分辨率构建均匀时间网格；通过取模映射将上述信号光子时间戳序列的时间戳投影至上述均匀时间网格中的网格单元，并对落入同一网格单元的信号光子事件进行计数累加，得到信号光子计数数组；以及通过取模映射将上述闲置光子时间戳序列的时间戳投影至上述均匀时间网格中的网格单元，并对落入同一网格单元的闲置光子事件进行计数累加，得到闲置光子计数数组。

5、根据本技术第一方面所述的方法，上述对上述信号光子计数数组和上述闲置光子计数数组进行快速傅里叶互相关运算，并基于运算结果得到初始时间偏移值，包括：对上述信号光子计数数组和闲置光子计数数组分别进行快速傅里叶变换，得到信号光子频域数据和闲置光子频域数据；对上述信号光子频域数据和上述闲置光子频域数据进行共轭乘积运算，并将运算结果进行逆傅里叶变换，得到时域互相关数据；基于上述时域互相关数据的峰值位置确定初始时间偏移值。

6、根据本技术第一方面所述的方法，上述在上述候选时间差搜索窗口内对信号光子、闲置光子进行滑动搜索，包括：针对当前信号光子，仅在上述候选时间差搜索窗口内搜索满足时间差约束的闲置光子，并将当前信号光子搜索结束时对应的闲置光子索引作为下一信号光子的初始搜索索引。其中，按照时间递增顺序遍历的方式进行上述滑动搜索。

7、根据本技术的第一方面所述的方法，上述在上述候选时间差搜索窗口内对信号光子、闲置光子进行滑动搜索，还包括索引回退及边界补偿处理，该索引回退及边界补偿处理，包括：

8、在候选时间差搜索窗口移动至下一位置前，根据预设索引回退量回退闲置光子搜索起点。

9、根据本技术第一方面所述的方法，上述候选时间差集合包括多个候选时间差子集。上述在上述候选时间差搜索窗口内对信号光子、闲置光子进行滑动搜索，得到候选时间差集合，包括：将上述信号光子时间戳序列划分为多个处理段；计算每个处理段上的候选时间差，得到多个候选时间差子集，其中，一个处理段对应一个候选时间差子集。上述对上述候选时间差集合进行直方图统计，包括：对上述候选时间差集合进行直方图统计，得到多个局部直方图；合并上述多个局部直方图，得到全局时间差统计结果。

10、根据本技术第一方面所述的方法，上述基于全局直方图统计结果得到目标时间偏移值，包括：对上述全局直方图统计结果中的目标峰值区域进行峰值拟合，基于上述峰值拟合后的拟合中心确定上述目标时间偏移值。

11、根据本技术第一方面所述的方法，上述峰值拟合为高斯拟合。

12、根据本技术第一方面所述的方法，基于不同的时间分辨率得到所述初始时间偏移值和所述目标时间偏移值。

13、第二方面，本技术实施例提供一种纠缠光子对时间偏移测量系统，所述纠缠光子对时间偏移测量系统包括：获取模块、循环重采样模块、初始估计模块、搜索模块、输出模块。所述获取模块，用于获取信号光子时间戳序列和闲置光子时间戳序列；所述循环重采样模块，用于对所述获取模块获取到的所述信号光子时间戳序列和所述闲置光子时间戳序列分别进行循环重采样，得到均匀时间网格上的信号光子计数数组和闲置光子计数数组；所述初始估计模块，用于对所述循环重采样模块得到的所述信号光子计数数组和所述闲置光子计数数组进行快速傅里叶互相关运算，并基于运算结果得到初始时间偏移值；所述搜索模块，用于以上述初始时间偏移值为中心建立候选时间差搜索窗口，并在所述候选时间差搜索窗口内对信号光子、闲置光子进行滑动搜索，得到候选时间差集合；所述输出模块，用于对所述搜索模块得到的所述候选时间差集合进行直方图统计，得到全局直方图统计结果，并基于所述全局直方图统计结果输出目标时间偏移值。

14、第三方面，本技术实施例提供一种纠缠光子对时间偏移测量设备，包括：处理器和存储器；其中，

15、所述存储器，用于存储计算机程序；

16、所述处理器，用于从所述存储器中调用并运行所述计算机程序，以执行如第一方面所述的方法。

17、第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，用于引起处理器执行如第一方面所述的方法。

18、本技术实施例提供了一种纠缠光子对时间偏移测量方法、系统、设备及介质，该方法包括：获取信号光子时间戳序列和闲置光子时间戳序列；对上述信号光子时间戳序列和上述闲置光子时间戳序列分别进行循环重采样，得到均匀时间网格上的信号光子计数数组和闲置光子计数数组；对上述信号光子计数数组和上述闲置光子计数数组进行快速傅里叶互相关运算，并基于运算结果得到初始时间偏移值；以上述初始时间偏移值为中心建立候选时间差搜索窗口，并在上述候选时间差搜索窗口内对信号光子、闲置光子进行滑动搜索，得到候选时间差集合；对上述候选时间差集合进行直方图统计，得到全局直方图统计结果，并基于上述全局直方图统计结果得到目标时间偏移值。上述方案中，通过循环重采样将信号光子时间戳序列、闲置光子时间戳序列的时间戳映射至均匀时间网格上，从而克服纠缠光子对的时间戳的非均匀分布对时间偏移估计结果的影响，同时，基于循环重采样结果运算后所得的初始时间偏移值作为中心来建立时间差搜索窗口，从而将大范围搜索转化为局部搜索以提高时间偏移测量的实时性，从而在纠缠光子对时间偏移测量方法中同时满足大动态范围测量和高精度实时测量的需求。