文章核心观点 科学家提出将量子传感器应用于导航以实现卫星信号拒止条件下的定位、导航、授时功能 量子导航系统优势明显但发展面临困难 突破挑战后融合传统卫星导航和量子导航的全球导航系统将带来更多便利并助力人类探索宇宙 [1][3] 量子导航系统发展现状 - 澳大利亚Q - CTRL公司研制出首个商业上可行的量子惯性导航系统 精度可达传统惯性导航系统的46倍 [1] - 量子导航领域已成为国际科研前沿热点之一 中国、美国、俄罗斯和欧盟等都提出了各自的发展计划和时间表 [1] 量子传感器原理及特点 - 量子传感器是利用量子力学原理探测微观世界的新型工具 利用量子相干效应或量子纠缠等特性实现对某些物理量的精确测量 [1] - 具备超高精度、超高灵敏度、超快响应速度等特点 有望带来颠覆性改变 突破传统传感器瓶颈 [1] 卫星信号拒止条件下量子传感器导航替代方案 量子惯性导航系统 - 结构与传统惯性导航系统基本类似 由原子陀螺仪、原子加速度计、原子钟和信号采集处理单元等4个部分构成 [2] - 通过对原子的量子调控 原子陀螺仪可实现超高灵敏度的惯性测量 实时计算运动物体位置和姿态 [2] - 相比传统惯性导航系统误差大幅减小 未来在深空探测中大有可为 [2] 量子磁力导航和量子重力导航 - 利用地球各区域磁场和重力加速度不同 绘制地图 测量变化并与地图比对确定自身位置 [2] - 英国已利用无人机搭载量子磁强计实现10厘米精度的卫星信号拒止环境定位 [2] - 可应用于地下勘探、海底潜航等卫星导航盲区 [2] 量子导航系统优势与困难 优势 - 具备比传统卫星导航更高的精度 不依赖外部信号 卫星信号受限或受干扰环境中仍能正常工作 [3] - 量子传感器信号不向外发射 不易被外部探测和截获 具有较好的隐蔽性 [3] 困难 - 系统设备较为复杂 成本高 [3] - 量子传感器对外界环境因素极为敏感 需要研发先进的屏蔽技术和抗干扰算法 [3] - 产生的数据量庞大 需要进行高效的数据处理并消除累计偏差 [3]