Система наведения в спутниковой квантовой криптографии

Курочкин В.Е., Хмелев А.В., Чернов А.Н., Ивченко Е.И.

Ссылка для цитирования:

Курочкин В.Л., Хмелев А.В., Чернов А.Н., Ивченко Е.И. Система наведения в спутниковой квантовой криптографии // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 3. С. 53–61.

Kurochkin V.L., Khmelev A.V., Chernov A.N., Ivchenko E.I. Guidance system in satellite quantum cryptography [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 3. P. 53–61.

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Система наведения и слежения за спутником в составе наземной приемной станции для спутниковой квантовой криптографии точка–точка. Цель работы. Разработка и тестирование системы наведения и слежения за низкоорбитальными спутниками в ходе квантового распределения ключей с помощью разработанного алгоритма детектирования центра изображения объекта на матрице камеры. Метод. Анализ облученности изображения спутника на матрице камеры для поиска его координат и проведение экспериментальных тестов по отслеживанию спутников в отраженном солнечном излучении и в ходе реального эксперимента по спутниковой квантовой криптографии точка–точка. Основные результаты. Разработанная двухступенчатая система стабилизации была успешно применена для слежения за спутниками по отраженному от их поверхности солнечному излучению, а также по опорному лазерному маяку, в ходе спутникового квантового распределения ключей точка–точка. Практическая значимость. Система отслеживания, наведения и удержания спутника в поле зрения модуля регистрации квантового сигнала позволяет организовать стабильную линию связи для спутниковой квантовой криптографии точка–точка.

Ключевые слова:

квантовая криптография, квантовое распределение ключей, канал связи «спутник–Земля», детектор одиночных фотонов, калибровка по звездам

Коды OCIS: 270.0270, 040.5570

Список источников:

Гончаров Р.К., Кириченко Д.Н., Воронцова И.О. и др. Доказательство стойкости квантового распределения ключей на непрерывных переменных типа «подключил и работай» // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 7. С. 90–95. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-07-90-95

Goncharov R.K., Kirichenko D.N., Vorontsova I.O., et al. Security of plug-and-play continuous-variable quantum key distribution // J. Opt. Technol. 2022. V. 89. № 7. P. 430–433. https://doi.org/10.1364/JOT.89.000430
1. Тарабрина А.Д., Воронцова И.О., Кынев С.М. и др. Маршрутизация квантового распределения ключа на боковых частотах в городской оптической транспортной сети // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 6. С. 61–69. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-06-61-69
Tarabrina A.D., Vorontsova I.O., Kynev S.M., et al. Routing subcarrier wave quantum key distribution through a metropolitan optical transport network // J. Opt. Technol. 2023. V. 90. № 6. P. 324–328. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000324
1. Ивченко Е.И., Трушечкин А.С., Хмелев А.В. и др. Секретность систем квантового распределения ключей с пассивным выбором базиса при разной эффективности детекторов // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 7. С. 87–94. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-07-87-94
Ivchenko E.I., Trushechkin A.S., Khmelev A.V., et al. Secrecy quantum key distribution in case passive basis choice with detection efficiency mismatch // J. Opt. Technol. 2025. V. 92. № 7. https://doi.org/10.1364/JOT.92.000000
1. Cao Y., Zhao Y., Wang Q., et al. The evolution of quantum key distribution networks: On the road to the qinternet // IEEE Commun. Surveys & Tutorials. 2022. V. 2 № 2. Р. 839–89 https://doi.org/10.1109/COMST.2022.3144219
2. Kiktenko E.O., Pozhar N.O., Duplinskiy A.V., et al. Demonstration of a quantum key distribution network in urban fibre-optic communication lines // Quant. Electron. 2017. V. 47. № 9. P. 798. https://doi.org/10.1070/QEL16469
3. Khmelev A., Duplinsky A., Bakhshaliev R., et al. Eurasian-scale experimental satellite-based quantum key distribution with detector efficiency mismatch analysis // Opt. Exp. 2024. V. 32. № 7. P. 11964–11978. https://doi.org/10.1364/OE.511772
4. Liao S.-K., Cai W.-Q., Handsteiner J., et al. Satellite-relayed intercontinental quantum network // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120 P. 030501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.030501
5. Li Y., Cai W.-Q., Ren J.-G., et al. Microsatellite-based real-time quantum key distribution // Nature. 2025. V. 460. P. 47–54. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z
6. Ke X. Acquisition, pointing, and tracking. in: handbook of optical wireless communication. Singapore: Springer, 2024. https://doi.org/10.1007/978-981-97-1522-0_12
7. Antonello R., Branz F., Sansone F., et al. High-precision dual-stage pointing mechanism for miniature satellite laser communication terminals // IEEE Trans. on Industrial Electron. 2020. V. 68. № 1. P. 776–785.
8. Lu Q., Ren B., Bian J.Y. Research on acquisition and tracking technology for the four-quadrant detector // Opto-Electron. Eng, 2020. V. 47. № 3. P. 1–6.
9. Wang J., Yang B., Liao S.-K., et al. Direct and full-scale experimental verifications towards ground–satellite quantum key distribution // Nature Photon. 2013. V. 7. P. 387–393. https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.89
10. Bourgoin J.P., Higgins B.L., Gigov N., et al. Free-space quantum key distribution to a moving receiver // Opt. Exp. 2015. V. 23. № 26. P. 33437–33447. https://doi.org/10.1364/OE.23.033437
11. Pugh C.J., Kaiser S., Bourgoin J.P., et al. Airborne demonstration of a quantum key distribution receiver payload // Quant. Sci. and Technol. 2017. V. 2. № 2. P. 024009. https://doi.org/10.1088/2058-9565/aa701f
12. Nauerth S., Moll F., Rau M., et al. Air-to-ground quantum communication // Nature Photon. 2013. V. 7. № 5. P. 382–386. https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.46
13. Tian X.H., Conrad A., Isaac S., et al. Drone-based quantum key distribution // CLEO: Applications and Technol. 2023. Р. AM3N.7. https://doi.org/10.1364/CLEO_AT.2023.AM3N.7
14. Conrad A., Isaac S., Cochran R., et al. Drone-based quantum communication links // Quantum Computing, Communication, and Simulation III. 2023. V. 12446. P. 99–106. https://doi.org/10.1117/12.2647923
15. Хмелев А.В., Дуплинский А.В., Майборода В.Ф. и др. Регистрация однофотонного сигнала от низколетящих спутников для целей спутникового квантового распределения ключей // Письма в ЖТФ. 2021. V. 47. № 17. P. 46–49. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.17.51387.18817
Khmelev A.V., Duplinsky A.V., Mayboroda V.F., et al. Recording of a single-photon signal from low-flying satellites for satellite quantum key distribution // Tech. Phys. Lett. 2021 V. 47. P. 858–861. https://doi.org/10.1134/S1063785021090078