各种量子传感器可用作全球定位系统替换器,包括量子罗盘、原子陀螺仪和原子插图数子定位感测等数子GP替换方案正在开发中
三大例子包括量子主动导航叠加补充现有卫星全球定位系统;量子惯性传感器系统提供定位信息而不依赖传统GPS;混合量子加速计综合量子加速计技术特征
QPS预期提供高度安全精密系统,避免今日GPS信号漏洞GPS信号可能被打乱或打泡时,QPS使用地球磁场提供强健操作QPS可划分为三大类:量子主动导航、量子被动导航和混合法
活动量子导航
主动QPS使用像常规GPS这样的系统架构主动GPS建议架构使用三大基线,每个基准使用两颗低地轨卫星,以地球中心为坐标源图1)基线组成三轴坐标系并发
每一基准由半导体激光器、延时滤波器、波束分解器和2枚波段检测器组成激光向两颗卫星发送波束卫星QPS测距过程需要多联动光子调整延时以最小化嵌入光子数,路径传播时间相同通过计算延迟滤波生成延迟数和卫星间距离,可计算目标位置
被动量子导航
和主动QPS一样,被动量子导航仍然是期望式的, 但它接近实现被动量子导航依赖量子原理创建惯性导航系统与传统惯性导航系统相比,量子系统会少漂移并提供更高敏感度和精度被动量子导航系统由四大元素组成,三维原子陀螺仪、量加速计、原子时钟和信号处理模块
量子原子钟高度开发使用单离子,激光冷却电磁离子陷阱几级级比今日原子时钟精确信号处理元反向量子导航可用现有技术编译
量子加速计和陀螺仪不同运行基于波质属性激光常用冷云接近绝对零, 产生干扰模式另一组拉子用于测量干扰模式的变化,信息可用于精确跟踪陀螺仪通过空间和角速度在陀螺仪中的移动
量子加速度计和陀螺仪相对较大结构,并正在努力收缩和粗化供船舶和潜艇使用未来冷原子加速计和陀螺仪可能缩到包数毫米侧
混合方法
混合量子导航基础是经典惯性测量单元与量子传感器的组合,量子传感器基于上文描述的原子插度理想惯性传感器必须高率连续信号并长时保持精度和敏感度经典IMU可提供连续信号,但可随时间流转Atom插件计可提供高敏感度无漂移测量,但测量过程有大量死时而无新信号
混合惯性导航系统结合经典IMUs和原子插度经典IMU是初级传感器,原子插图用于持续校准以克服漂移问题组合设备生成稳定信号与经典IMU相同速率,但精度为50倍图2)
摘要
量子传感器可启动主动和被动QPS架构量子传感器, 特别是量子IMUs有性能限制将经典IMUs和量子原子插片混合法可能提供更高性能解决方案
引用
量子感应机新感应机IEEE频谱加速器和时钟
高技术量子传感器:GPS去暗时导航Scitech日报
量子传感器未来导航系统测试帝国学院伦敦分校
量子传感器免GPS定向物理.org
量子导航审查IOP会议系列:地球与环境科学
以混合量加速计三角跟踪矢量加速科学进步
文件基础:传感器提示
