基于CMOS的高帧频量子通信精跟踪系统设计与性能验证

本文主要探讨了基于CMOS的量子通信精跟踪系统的设计与检验。在量子通信中，精跟踪系统起着至关重要的作用，特别是在确保光信号的精确传输和接收时。由于量子通信中的信标光具有脉冲特性，作者提出了采用高帧频CMOS作为精跟踪探测器。CMOS（互补金属氧化物半导体）因其高速响应和集成度高，能够实现实时、高精度的跟踪，设计的帧频达到了惊人的2.5 kHz。 精跟踪执行机构则选择了压电陶瓷快速反射镜，这种材料的特性使得系统能够快速、精确地调整光路，以适应信标光的动态变化。通过离散化设计和根轨迹分析方法，研究了控制系统中控制参数的选择以及系统传递函数的优化，以确保系统的稳定性和性能。 在实验环节，作者分别在实验室静态条件下和外场动态环境中进行了32公里车载平台的测试。结果显示，实验室内的静态跟踪精度非常出色，优于±1微弧度（μrad），而在实际的车辆移动过程中，尽管环境复杂，但系统仍能保持跟踪精度在±8 μrad，表明了系统的稳健性。 此外，文章还通过频谱分析验证了精跟踪系统的干扰抑制能力，其带宽超过100 Hz，这对于排除噪声和外界干扰至关重要。这篇文章不仅详细介绍了该系统的硬件配置和设计策略，还展示了其在实际应用中的性能表现，为量子通信系统的精密控制提供了重要的技术支持。光学设计、量子通信、精跟踪系统、高帧频CMOS以及离散化设计等关键技术在此文中得到了深入探讨，为后续的科研和工程实践提供了有价值的经验和参考。