一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法

1.本发明涉及量子通信技术领域，具体涉及一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法。


背景技术：

2.量子通信是利用量子力学原理对量子态进行操控的通信形式，可以有效解决信息安全问题。量子通信中有三项核心技术，分别是单光子源技术、量子编码和传输技术、单光子检测技术。大量研究已经证明使用单光子源的量子通信是绝对安全的，并且具有很高的效率。由此可见，理想的单光子源是量子通信的基础，其特性的研究具有很高的价值。而单光子信道窄，需要标定接收能量最大时视场中的位置，我们称为定标点，如何标定定标点成为一个急需解决的难题。
3.目前在进行定标点位置标定时：在望远镜扫描时，实时记录每个扫描位置的序号、图像脱靶量数据和对应的单光子探测器能量值，然后从记录的数据中直接找到单光子探测器能量最大时对应的图像脱靶量。由于此方法有一个重大缺陷，就是扫描点不可能完全密集覆盖空间位置，没有扫到的空间位置就没有单光子探测器能量的数据，这样得到的图像脱靶量就有所偏颇。
4.随着在量子通信技术领域发展，对通信质量的要求日益苛刻，特别对于高码率的信息传输，因此对接收效率提出了更高的要求。现有的方法在效率难以满足要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法，用于提高能量接收效率，减少通信误码率，为量子通信实验提供更好的保障。
6.本发明采用的技术方案为：一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法，具有以下步骤：
7.(1)将望远镜以设置的中心点进行扫描，实时记录每个扫描位置的序号、图像脱靶量数据和对应的单光子探测器能量值；
8.(2)通过matlab软件读取实时记录的数据；
9.(3)分别计算扫描点d1、d2…d100
中每组脱靶量的中值x
med1
、x
med2
…
x
med100
和y
med1
、y
med2
、y
med100
；
10.(4)分别计算扫描点d1、d2…d100
中每组单光子探测器能量的最大值p
max1
、p
max2
…
p
max100
；
11.(5)将所述每组脱靶量的中值x
med1
、x
med2
…
x
med100
和y
med1
、y
med2
、y
med100
从小到大平均分成20份得到x
avg1
、x
avg2
…
x
avg20
和y
avg1
、y
avg2
…yavg20
，并生成网格矩阵s；
12.(6)将所述x
avg1
、x
avg2
…
x
avg20
、y
avg1
、y
avg2
…yavg20
、p
max1
、p
max2
…
p
max100
和矩阵s通过双线性内插的方法得到矩阵power；
13.(7)计算所述矩阵power中的最大值p
max
；
14.(8)计算p
max
对应的脱靶量x、y，并将其作为定标点位置。
15.进一步地，步骤(1)中，兼顾效率和精度，这里扫描点设置为100个。
16.进一步地，步骤(3)中，在每个扫描点时，记录图像脱靶量数据量不完全一致，这里取每个扫描点中所有图像脱靶量的中值。
17.进一步地，步骤(4)中，记录单光子探测器能量值数据量不完全一致，这里取每个扫描点中所有单光子探测器能量值的最大值。
18.进一步地，步骤(5)中，矩阵s为一个20x20的二维矩阵，s
x1
为每组图像脱靶量数据中值中x方向的最小值、s
x20
为每组图像脱靶量数据中值中x方向的最大值；s
y1
为每组图像脱靶量数据中值中y方向的最小值、s
y20
为每组图像脱靶量数据中值中y方向的最大值。
19.进一步地，步骤(6)中，对于双线性插值，这里使用的是matlab内置griddata()函数。
20.本发明与现有技术相比的优点在于：
21.(1)本发明相对于之前不进行数据的拟合插值，直接从记录数据中找到单光子探测器能量最大值对应的图像脱靶量数量，处理方法更加合理、有效。
22.(2)本发明通过双线性插值得到单光子探测器能量分布情况，精度更高，计算过程简单且易于工程实现。
附图说明
23.图1是本发明的一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法的处理流程图。
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
25.本发明所述的一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法的具体流程如附图1所示，具体步骤如下：
26.(1)将望远镜以设置的中心点进行扫描，实时记录每个扫描位置的序号、图像脱靶量数据和对应的单光子探测器能量值；
27.(2)通过matlab软件读取实时记录的数据；
28.(3)分别计算扫描点d1、d2…d100
中每组脱靶量的中值x
med1
、x
med2
…
x
med100
和y
med1
、y
med2
、y
med100
；
29.(4)分别计算扫描点d1、d2…d100
中每组单光子探测器能量的最大值p
max1
、p
max2
…
p
max100
；
30.(5)将所述每组脱靶量的中值x
med1
、x
med2
…
x
med100
和y
med1
、y
med2
、y
med100
从小到大平均分成20份得到x
avg1
、x
avg2
…
x
avg20
和y
avg1
、y
avg2
…yavg20
，并生成网格矩阵s；
31.(6)将所述x
avg1
、x
avg2
…
x
avg20
、y
avg1
、y
avg2
…yavg20
、p
max1
、p
max2
…
p
max100
和矩阵s通过双线性内插的方法得到矩阵power；
32.(7)计算所述矩阵power中的最大值p
max
；
33.(8)计算p
max
对应的脱靶量x、y，并将其作为定标点位置。
34.本发明的方法精度高，适应性强，能够更好的提高能量接收效率，减少通信误码率，为量子通信实验提供更好的保障。
35.以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭示的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法，其特征在于：该方法具有以下步骤：(1)将望远镜以设置的中心点进行扫描，实时记录每个扫描位置的序号、图像脱靶量数据和对应的单光子探测器能量值；(2)通过matlab软件读取实时记录的数据；(3)分别计算扫描点d1、d2…
d
100
中每组脱靶量的中值x
med1
、x
med2
…
x
med100
和y
med1
、y
med2
、y
med100
；(4)分别计算扫描点d1、d2…
d
100
中每组单光子探测器能量的最大值p
max1
、p
max2
…
p
max100
；(5)将所述每组脱靶量的中值x
med1
、x
med2
…
x
med100
和y
med1
、y
med2
、y
med100
从小到大平均分成20份得到x
avg1
、x
avg2
…
x
avg20
和y
avg1
、y
avg2
…
y
avg20
，并生成网格矩阵s；(6)将所述x
avg1
、x
avg2
…
x
avg20
、y
avg1
、y
avg2
…
y
avg20
、p
max1
、p
max2
…
p
max100
和网格矩阵s通过双线性内插的方法得到矩阵power；(7)计算所述矩阵power中的最大值p
max
；(8)计算p
max
对应的脱靶量x、y，并将其作为定标点位置。2.根据权利要求1所述的一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法，其特征在于：步骤(1)中，兼顾效率和精度，这里扫描点设置为100个。3.根据权利要求1所述的一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法，其特征在于：步骤(3)中，在每个扫描点时，记录图像脱靶量数据量不完全一致，这里取每个扫描点中所有图像脱靶量的中值。4.根据权利要求1所述的一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法，其特征在于：步骤(4)中，在每个扫描点时，记录单光子探测器能量值数据量不完全一致，这里取每个扫描点中所有单光子探测器能量值的最大值。5.根据权利要求1所述的一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法，其特征在于：步骤(5)中，网格矩阵s为一个20x20的二维矩阵，s
x1
为每组图像脱靶量数据中值中x方向的最小值、s
x20
为每组图像脱靶量数据中值中x方向的最大值；s
y1
为每组图像脱靶量数据中值中y方向的最小值、s
y20
为每组图像脱靶量数据中值中y方向的最大值。6.根据权利要求1所述的一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法，其特征在于：步骤(6)中，对于双线性插值，这里使用的是matlab内置griddata()函数。

技术总结
本发明公开了一种基于双线性插值的量子通信定标点标定方法。具体步骤为：首先将望远镜以设置的中心点进行扫描，实时记录每个扫描位置的序号、图像脱靶量数据和对应的单光子探测器能量值。然后通过matlab软件读取记录数据，计算每个扫描位置中每组脱靶量数据的中值和每组单光子探测器能量的最大值，接着将每组脱靶量数据X、Y方向的中值从小到大平均分成20份，以X方向为横坐标，以Y方向为纵坐标生成网格并进行双线性插值，最后得到单光子探测器能量最大时对应的脱靶量位置，并将其作为量子通信中定标点位置。本发明的方法精度高，适应性强，能够更好的提高能量接收效率，减少通信误码率，为量子通信实验提供更好的保障。为量子通信实验提供更好的保障。为量子通信实验提供更好的保障。


技术研发人员：王愿康 彭超 张桐 黄永梅 王强 贺东 刘翔 冯志良
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/9/9