海洋矿物质颗粒是影响光子在水下传输的重要因素之一。为了研究海洋矿物质颗粒对水下量子通信信道性能的影响,建立了海洋矿物质颗粒群密度、传输距离与链路衰减的关系模型并进行了仿真。针对退极化信道,研究了矿物质颗粒群密度和传输距离与信道容量、信道误码率的关系并进行了仿真。仿真结果表明,当传输距离为50 m时,随着矿物质颗粒群密度的增大,链路衰减由0.098 dB增加到2.92 dB,链路效率由6.2×10 ^-6减小到2.7×10 ^-7。当矿物质颗粒群密度为1.0×10 ⁴ m ^-3时,随着传输距离的增加,信道容量由0.97逐渐减小到0.6,误码率呈指数增大。由此可见,消光效应造成的影响在传输过程中不可忽略,在实际通信过程中,应根据环境情况及时调整传输设备的参数,保证通信质量。

为了研究黑碳气溶胶对星地量子通信性能及传输质量的影响,根据黑碳气溶胶的复折射率及米氏散射理论得到其消光效率因子,分析了黑碳气溶胶粒子数浓度对量子通信链路衰减、信道容量、信道生存函数以及信道误码率的影响,并进行了仿真实验。结果表明,当传输距离为2 km,黑碳气溶胶粒子数浓度由1.2×10 ⁷ m ^-3增加至3.6×10 ⁷ m ^-3时,链路衰减由0.5079 dB增加至1.524 dB,误码率由0.006增加至0.0101,幅值阻尼信道与退极化信道的信道容量、信道生存函数也呈现出不同程度的衰减,而幅值阻尼信道的衰减更加明显。因此,黑碳气溶胶对星地量子链路通信的性能有显著影响。为了保证量子通信顺利进行并提高传输系统的可靠性,应适当调整相关策略及参数,减小黑碳气溶胶对量子通信链路的影响。

针对多环境因子对大气能见度的影响，提出了一种在自然环境多因子背景下的量子卫星通信纠缠波分接入策略。当每对地面通信站分配量子密钥时，它们会通过量子卫星形成不同波长的纠缠对，并根据不同波长的量子纠缠，将众多地面通信站接入同一颗卫星。仿真结果表明，在大气湿度和雾霾粒子浓度相同的情况下，采用纠缠波分接入技术，可使系统的信道容量增大，量子误码率从3.3415×10-3减小到2.243×10-3，由大气能见度的影响所导致的误码率的增幅减小。由此可见，在环境多因子背景下的纠缠波分接入策略对量子卫星通信性能有明显的改善。

为了研究煤烟凝聚粒子对量子卫星通信性能的影响,根据煤烟凝聚粒子等效模型对粒子消光特性进行分析,结合粒子质量浓度转换公式建立传输距离、粒子数浓度与链路衰减、振幅阻尼信道容量、纠缠保真度和信道误码率之间的关系并进行仿真。仿真结果表明,当传输距离为2 km时,煤烟凝聚粒子数浓度从2.22×10 12 m -3增加到1.11×10 13 m -3,链路衰减从0.40 dB增加到2.47 dB,振幅阻尼信道容量和纠缠保真度均有不同程度的下降,信道误码率从0.0056增加到0.0067。由此可见,煤烟凝聚粒子对量子卫星通信的性能有显著影响。因此,为了在实际信息传输过程中提高系统可靠性,应对量子通信系统的各项参数进行适当的调整,以适应煤烟环境对量子卫星通信产生的不同程度的影响。

为了研究中层海水中水色三要素对水下量子通信性能的影响,首先根据水色三要素的吸收和散射模型,提出了海水中叶绿素浓度、光量子信号波长和水下量子链路衰减的关系;然后针对退极化信道,分析了叶绿素浓度、光量子信号波长与信道容量、信道平均保真度和信道误码率之间的定量关系。仿真结果表明,传输距离为20 m,当叶绿素浓度分别为0.5 mg/m3和1.5 mg/m3时,水下量子通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率依次分别为0.263 1和0.142 3,0.705 2和0.553,0.037 05和0.029 17.当波长分别为400 nm和800 nm时,通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率依次分别为0.229 1和0.428 3,0.914 2和0.943 7,0.012 36和0.006 87。由此可见,叶绿素浓度和光量子信号波长对水下量子通信性能有显著的影响。应根据对海水水色三要素的探测情况,自适应调整系统的各项参数。