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我国量子导航技能取得突破性发展:与美国距离从10年缩短至7年

发布时间 2018年10月09日 20:56    编辑:landyliao    来源:自然人枫

全空域、全时域的无缝定位导航是未来定位导航工业的技能制高点。跟着量子精细丈量技能的快速展开,根据量子精细丈量的陀螺及惯性导航体系具有高精度、小体积、低本钱等优势,将对无缝定位导航范畴供给颠覆性新技能。

“十二五”863方案地球观测与导航技能范畴主题项目“根据磁共振的细小型原子自旋陀螺仪关键技能”由北京自动化控制设备研讨所承当,项目研讨展开一年半取得打破性开展。项目组霸占了核自旋-电子自旋耦合极化与检测等精细量子控制技能,完成了小型化磁共振气室、高效磁屏蔽等元件的精细规划与制作,并研制成功我国首个根据磁共振的原子自旋陀螺仪原理样机。样机零偏稳定性优于2°/h,成为世界上第二个把握该技能的国家,与美国技能间隔从10年缩小到7年。

项目所取得的研讨成果为进一步进步根据磁共振的细小型原子自旋陀螺仪的精度与集成度,为支撑我国量子导航范畴的展开打下了坚实的技能根底。原子陀螺仪的技能打破使现有使用于高端配备的无缝定位导航体系的体积、质量、功耗、本钱等下降约两个数量级,将使用于群众定位导航商场,可在细小体积、低本钱条件下完成米级定位精度,供给不依赖卫星的全空域、全时域无缝定位导航新才能。 

美国量子定位体系将引发卫星导航范畴的技能革命

卫星导航定位技能以天基人造卫星为根本渠道,能够为全球海、陆、空、天各类军民用载体供给全天候、二十四小时接连不间断的高精度三维方位、速度和时刻信息。现在技能比较老练的四大全球卫星导航定位体系是:美国的GPS,俄罗斯的格洛纳斯、我国的斗极及欧洲的伽利略。卫星导航体系广泛使用于交通导航、卫星授时使用、应急指挥、民用水情测报效劳等,发挥了非常重要的效果。

尽管卫星导航定位体系在导航定位范畴取得了史无前例的成功,但依然存在以下几个方面的问题(以GPS为例): 

1、定位精度依然不够高体系体系仍存在着物理极限。由于GPS定位的原理是经过重复地向空间发射电磁波信号,检测电磁波抵达待测点的时刻延迟来完成的,这种以经典物理学为根底的办法遭到所能完成的可利用功率及宽带的约束,其丈量精度很难取得进一步的进步。

2、保密性较差美国斯坦福大学建立有一个专业实验室,首要截获并剖析全球一切的卫星信号,华裔学者高杏欣在2008年的博士论文《Towardsnavigationbasedon120satellites:analyzingthenewsignals》,较为具体地论述了卫星信号的盯梢与破译办法,尽管不能坚信是否能够破译一切的伪随机码,但至少是能够部分破译的。

3、抗搅扰才能差与其他传感器体系比较,GPS信号强度较弱,因而愈加简单遭到电磁搅扰,使根据GPS的导航体系存在稳定性缝隙。

由于存在着这些缺点,美国一向投入巨资完善并展开导航定位体系。量子定位体系(即QPS,QuantumPositioningSystem)作为一种定位精度高、保密功能强的导航定位技能,就是其展开要点之一。量子定位的概念最先是由美国麻省理工学院研讨人员于2001年提出,其与传统定位体系的本质区别在于所选用信号的不同。传统定位如GPS体系选用的是根据重复发送电磁波脉冲丈量信号到达时刻,经过核算得到间隔信息,而量子定位体系选用的是具有量子特性的光子脉冲。QPS能够打破经典无线电导航体系的定位精度上限,因而能够到达很高的定位精度,一起还内置加密才能,在信息安全等方面具有绝对优势,这无疑将会引发一场卫星导航范畴的技能革命。

尽管如此,并不意味着QPS能很快替代卫星导航体系,由于现在研讨成果显现,QPS的完成都是建立在定位体系本身参考点的方位是准确已知的前提下,由此带来了QPS在工程完成上的难度。从当时卫星导航的体系构成上看,若要构建一个完好的QPS,完成价值将是非常大的。

QPS与卫星导航体系的彼此组合则是一个有价值的研讨方向,一起具有杰出的军事使用远景。

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