一种自适应多波段水下无线量子密钥分发系统及方法与流程

本发明涉及一种水下无线量子通信方法，属于量子密钥分发技术领域，具体涉及一种自适应多波段水下无线量子密钥分发系统及方法。

背景技术：

在水下传感网络、潜艇及各种水下航行器通信需求的驱动下，近年来水下无线光通信得到了迅速发展，而水下无线量子密钥分发(quantumkeydistribution-qkd)可为其提供绝对安全的保密手段。

常见的水体主要分为淡水和海水。淡水的主要成分是纯水和碳酸盐、硫酸盐及钙等溶解物，而海水主要由纯水和氯化物等溶解物等构成。

根据淡水和海水的光的吸收系数，我们可以发现淡水和海水的最佳波长均400-570nm之间，对于300nm以下和600nm以上的光，淡水和海水的吸收作用较强。

因为水体中溶解了不同浓度的混合有机物，这些混合的有机物对红光的吸收较小，但随着波长减小，其吸收作用越来越明显。而当混合有机物的浓度增加到一定程度会导致水体呈现黄褐色，所以这些有机溶解物又被称作黄色物质。黄色物质主要来源于陆地或者水底植物的腐烂，因而近岸、海底水域的黄色物质浓度是最高的，在海洋、湖泊、河流的中部，黄色物质的含量大幅度降低，因而其带来的衰减影响也较小。一般来说，黄色物质主要吸收蓝色波段的光。

水体的组成并非一成不变的。比如降水、地表径流会使得海水的密度、盐度和水体浑浊度发生变化；藻类、水草等水体植物大量繁殖的时期，水下暗流、海洋地质活动等带起海底的泥沙和水生植物；气温变化引起水体中浮游生物急剧生长、腐烂等，这些都会改变水体的组成，使得水信道发生变化。

目前水下无线量子密钥分发和水下无线光通信中有两个亟待解决的问题，即水体自身对光的吸收所带来的衰减和水信道的实时变化引起的信道衰减系数的变化。在现有的技术下，我们无法改变水信道的固有环境，所以我们只能通过调整水下通信装置去适应不同的水信道以降低qber(quantumbiterrorratio)误码率。而如上所说，在实际通信过程中，水信道的是动态变化的。因此，一种可以在水下可以根据水体信道动态变化而自动实时调整，选择最优的波长进行密钥分发和通信，从而提升传输效率的系统就显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自适应多波段水下无线量子密钥分发系统及方法，本发明可以在水下无线量子密钥分发之前和分发时，根据信道的实时变化、衰减情况，自动调整量子信号和经典信号光的波长，实现当前信道环境下的最低量子误码率qber，解决了现有技术中由于水体动态变化而导致密钥传输效率和通信效率低下的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种自适应多波段水下无线量子密钥分发系统，所述分发系统包括：发射端、接收端；在基于bb84通信协议的基础上，所述发射端和接收端双端实时交互，且根据信道实时变化引起量子误码率qber的变化情况，经由可调光学模组生成不同波长的量子光信号和经典光信号进行水下无线量子密钥分发和水下无线经典光通信。

优选地，所述发射端包括发射端量子通信模块、发射端经典通信模块、发射端控制处理模块；所述发射端量子通信模块与所述发射端控制处理模块相连接，所述发射端经典通信模块与所述发射端控制处理模块相连接。

优选地，所述接收端包括接收端量子通信模块、接收端经典通信模块、接收端控制处理模块；所述接收端量子通信模块与所述接收端控制处理模块相连接，所述接收端经典通信模块与所述接收端控制处理模块相连接。也就是说发射端和接收端的经典通信模块进行双向经典通信，完成信息的交互。

优选地，量子误码率qber的计算公式如下：

式中，p表示偏振器件的偏振比，a是探测器的接收面积(如果存在望远镜就是望远镜的接收面积)，idc表示探测器的暗计数，l表示环境光辐照度谱密度，δt′表示单光子探测器的开门时间，δt表示比特周期，ω是视场角的立体角，h是普朗克常数，c是光速，η是探测器效率，χc是衰减系数，r是传输距离，λ是信号光波长，δλ是光谱宽度，μ是发射端发射的平均脉冲光子数。上述参数中，在系统本工作时，除了衰减系数χc会因为信道的变化而发生改变，其余参数在本系统中不变。

当信道发生变化导致量子误码率qber发生变化时，实时监测量子误码率qber的变化情况，当量子误码率qber波动超过预设阈值，重新测试不同波长的量子信号光在当前水信道中的量子误码率qber，其中最小量子误码率qber所对应的波长，将作为量子信号光的工作波长。次小量子误码率qber所对应的波长将作为经典信号光的工作波长。

在系统开始工作进入测试阶段之前，发射端和接收端所采用的量子信号和经典信号的波长均为预设默认波长，在测试阶段中，发射端量子通信模块(1)分别发送6-20组不同波长的量子信号测试光，通过计算，可以分别得到这6-20组不同波长的量子信号测试光所对应的量子误码率qber。然后选择最小量子误码率qber所对应的波长作为水下无线量子密钥分发的量子信号光，次小量子误码率qber所对应的波长作为水下无线经典通信的经典信号光。

所述发射端量子通信模块包括激光模组和光学模组，所述激光模组包括第一激光器组，所述激光模组包括四台白光激光器，这四台白光激光器的型号相同，参数一致，区别在于四台激光器的出射激光会分别经过不同的光学镜片，生成四种不同的线偏振光。再经由第一可调光学模组，产生所需波长的四种线偏振量子信号光。

优选地，所述光学模组包括第一固定光学模组和第一可调光学模组，所述发射端经典通信模块包括第二激光器、光学模组和第一探测器apd，所述光学模组包括第二固定光学模组和第二可调光学模组，所述发射端控制处理模块控制所述第一激光器组、第二激光器、第一可调光学模组、第二可调光学模组和第一探测器apd，所述第一可调光学模组通过旋转输出所需波长的量子信号光，第二可调光学模组通过旋转输出和接收所需波长的经典信号光。

所述发射端经典通信模块中的第一探测器apd用来探测经典光信号，即接收端和发射端之间交互的经典信号光。

所述发射端经典通信模块中的第二激光器是用于和接收端经典通信模块进行经典通信、交互、同步。所述第二激光器出射激光后经由第二固定光学模组进入第二可调光学模组，最终出射所需波长的经典信号光。

优选地，所述接收端量子通信模块包括探测器组和光学模组，所述探测器组包括四台光电倍增管pmt，所述光学模组包括第三固定光学模组和第三可调光学模组，所述接收端经典通信模块包括第三激光器、光学模组和第二探测器apd，所述光学模组包括第四固定光学模组和第四可调光学模组，所述接收端控制处理模块控制所述探测器组、第三激光器、第三可调光学模组和第四可调光学模组和第二探测器apd。接收端控制处理模块控制所述第三激光器的调制，以及控制第三可调光学模组通过旋转接收所需波长的量子信号光，第四可调光学模组通过旋转接收和发射所需波长的经典信号光。所述接收端控制处理模块还负责接收端的数据存储和信号处理，且控制接收端经典通信模块与发射端经典通信模块进行实时交互。

所述第一、第二、第三激光器的型号和参数相同，波长范围均为200-1600nm。探测器组由四个光电倍增管(pmt)组成，用来探测单光子量级的量子信号光。

接收端经典通信模块中的第三激光器的功能是与发射端经典通信模块进行同步和交互。第三激光器出射激光后经由第四固定光学模组进入第四可调光学模组，最终出射所需波长的经典信号光。

发射端经典通信模块中的第二可调光学模组和接收端经典通信模块中的第三可调光学模组的构成是一样的，各个光学开孔中仅安装有窄带滤光片，不含有衰减片。因为经典通信无需将激光衰减为单光子。

密钥分发阶段，发射端量子通信模块和接收端量子通信模块间的量子信号光波长是最小量子误码率qber对应的波长，发射端经典通信模块和接收端经典通信模块间的经典信号光波长为次小量子误码率qber对应的波长。

优选地，所述发射端量子通信模块的第一可调光学模组和发射端经典通信模块的第二可调光学模组上均有6-20个光学开孔，优选8-15个，更优选为8个。

第一可调光学模组的每个开孔内安装有不同波长的窄带滤光片和不同衰减系数的衰减片，第二可调光学模组的每个开孔内仅安装有不同波长的窄带滤光片，窄带滤光片是用于波长的选择，即白色激光通过该窄带滤光片后可得到相应波长的单色激光。衰减片的目的是为了将激光的光子数进行衰减，每个量子脉冲需要有规定的光子数，各个开孔内衰减片的衰减系数已经根据激光器的各个波长的光强进行了预先设定，经由衰减后每个脉冲为0.1个光子数。所述第一可调光学模组通过旋转输出所需波长的量子信号光，所述第二可调光学模组通过旋转发射和接收所需波长的经典信号光。

优选地，所述接接收端经典通信模块中的第三可调光学模组和收端量子通信模块中的第四可调光学模组上有6-20个光学开孔，优选8-15个，更优选为8个，第三可调光学模组和第四可调光学模组的每个开孔内均仅安装有不同波长的窄带滤光片，所述第三可调光学模组通过旋转接收特定波长的量子信号光，所述第四可调光学模组通过旋转接收和发射特定波长的经典信号光。

第二、第三、第四可调光学模组上的每个光学开孔内只安装了窄带滤光片。目的是仅让所需的波长通过，滤除背景光。

第一、第二、第三和第四可调光学模组是一个具有多个光学开孔并且可以旋转的圆盘，圆盘固定在底座上且圆盘由伺服电机根据各控制模块的指令旋转。每个圆盘上有6-20个光学开孔，每个开孔内装有所需的光学镜片。

本发明还提供一种利用前述的自适应多波段水下无线量子密钥分发系统分发密钥的方法，包括以下步骤：

ss1：系统初始化，发射端和接收端上电，所有可调光学模组均转动至预设波长模式，即旋转至默认波长所对应的位置；

ss2：握手阶段，发射端经典通信模块发送握手信号，通知接收端准备开始接收测试信号以测试不同波长量子信号的量子误码率qber，握手信号包含系统时间和可调光学模组在测试阶段的旋转间隔时间；

ss3：测试阶段，发射端控制处理模块控制发射端量子通信模块中的第一可调光学模组根据设定的旋转间隔时间旋转6-20次，分别发送6-20组不同波长的测试信号。同时接收端根据设定的转动时间间隔，同步开始旋转接收端量子通信模块中的第四可调光学模组6-20次，分别接收6-20组测试信号；

ss4：波长选取阶段，接收端量子通信模块将接收到的6-20组测试信号经由接收端经典通信模块与发送给发射端经典通信模块进行交互，通过发射端控制处理模块和接收端控制处理模块计算，得到6-20组不同波长测试信号的量子误码率qber，并将这6-20组量子误码率qber从小到大进行排序，选择最小和次小的两组量子误码率qber所对应的波长作为水下无线量子密钥分发的量子信号光和水下无线经典通信的经典信号光的工作波长；

ss5：波长调整阶段，发射端与接收端进行交互，确定量子信号和经典信号的工作波长，再分别由发射端控制处理模块和接收端控制处理模块同步旋转发射端量子通信模块、发射端经典通信模块、接收端量子通信模块和接收端经典模块中第一、第二、第三和第四可调光学模组，所述第一和第三可调光学模组旋转至量子信号光波长对应的开孔位置，第二和第四可调光学模组旋转至经典信号光波长对应的开孔位置；

ss6：密钥分发和实时监测阶段，进行基于bb84协议的无线量子密钥分发的常规流程：发射端和接收端在量子信道以及经过可信认证的经典信道中进行交互，实现密钥分发、对基、纠错、错误校验、以及私密放大的后处理过程。并且在密钥分发过程中，发射端和接收端实时监测量子误码率qber的变化情况，当量子信号光的量子误码率qber波动超过预设阈值，系统重新进入ss2阶段，若量子误码率qber波动没有超过预设阈值，直至密钥分发完毕进入下一步。

ss7：水下无线量子密钥分发流程结束，发射端发送结束指令，接收端进入待机模式等待下一轮握手信号。

优选地，所述第一激光器组、第二激光器和第三激光器输出的是波长范围为200-1600nm的白色激光，第一可调光学模组、第二可调光学模组、第三可调光学模组和第四可调光学模组中窄带滤光片的波长从以下波长中优选320.1nm、336.1nm、358.1nm、382.0nm、393.3nm、396.8nm、410.1nm、430.7nm、434.0nm、438.3nm、466.8nm、486.1nm、495.7nm、516.7nm、517.2nm、518.3nm、527.0nm、587.5nm、588.9nm、589.5nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本系统根据因水信道实时变化引起量子误码率qber的实时变化情况，选择最优波长的量子光信号和经典光信号进行水下无线量子密钥分发和水下无线光通信的工作，降低了系统的量子误码率qber和提高系统在当前水信道下的最终密钥生成率及通信效率；

(2)本系统光学结构简单，无需使用非线性晶体等精密光学器件，所以环境温度变化对系统的影响小，整个系统的稳定性好，提升了系统的鲁棒性；

(3)可调光学模组(aom)内窄带滤光片的波长均选自于夫琅和费暗线谱中的波长，在工作中可以极大减弱太阳光、背景光对系统的影响；

(4)本系统适用的工作水域范围更广，如入海口，海水和淡水界限不明确的水域；尚未探明水体情况的深海，暗流、湍流较多的水域。该系统可以根据实时水信道的变化自动切换最佳工作波长，以适应复杂水域的工作。

(5)支持长时间工作，不会因为水信道的复杂变化而暂停工作，也无需人为打捞通信设备再根据水信道的变化重新进行更改、调试量子信号光和经典信号光的波长。提升水下无线量子密钥分发的工作效率和续航能力。

附图说明

图1为本发明系统框架图。

图2为本发明发射端量子通信模块简图。

图3为本发明发射端量子通信模块器件图。

图4为本发明发射端可调光学模组中的的滤光片和衰减片的结构示意图。

图5为本发明可调光学模组简图。

图6为本发明发射端经典通信模块简图。

图7为本发明发射端经典通信模块器件图。

图8为本发明接收端量子通信模块简图。

图9为本发明接收端量子通信模块器件图。

图10为本发明接收端经典通信模块简图。

图11为本发明接收端经典通信模块器件图。

图12为本发明发射端量子通信模块和接收端量子通信模块通信关系图。

图中：1、发射端量子通信模块；2、发射端经典通信模块；3、发射端控制处理模块；

101、激光模组；102、光学模组；1021、滤光片；1022、衰减片；11、接收端量子通信模块；22、接收端经典通信模块；33、接收端控制处理模块；111、探测器组；112、光学模组。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种自适应多波段水下无线量子密钥分发系统，该系统包含发射端和接收端。在基于bb84通信协议的基础上，所述发射端和接收端双端实时交互，且根据信道实时变化引起量子误码率qber的变化情况，经由可调光学模组生成不同波长的量子光信号和经典光信号进行水下无线量子密钥分发和水下无线经典光通信。发射端包括发射端量子通信模块1、发射端经典通信模块2、发射端控制处理模块3，发射端量子通信模块1与发射端控制处理模块3相连接，发射端经典通信模块2与发射端控制处理模块3相连接。

1.发射端量子通信模块

参见图2、3，发射端量子通信模块1包括由激光模组101和光学模组102。发射端量子通信模块1与发射端控制处理模块3相连接，由发射端控制处理模块3负责调制第一激光器组和控制光学模组中的第一可调光学模组旋转，输出指定波长的量子信号光。

1)激光器模组

激光模组包括第一激光器组，所述第一激光器组组采用四台参数相同的白光激光器，其波长输出范围为200nm-1600nm，功率稳定。

2)光学模组

光学模组包括第一固定光学模组和第一可调光学模组(aom)。

第一固定光学模组采用bb84协议，包括格兰棱镜起偏器(pol)、衰减片(att)、半波片(hwp)、偏振有关分光棱镜(pbs)和偏振无关分光棱镜(bs)。

第一可调光学模组(aom)是由发射端控制处理模块3控制，为一个可360°旋转的转盘，转盘固定在底座上，转盘上有8个光学开孔，光学开孔内安装所需的光学镜片，在本方案中，发射端的第一可调光学模组(aom)上安装了8个不同波长的窄带滤光片1021和8个不同衰减系数的衰减片1022，参见图4、图5。

因为每个量子脉冲需要有规定的光子数，所以发射端的量子通信模块中第一可调光学模组的各个开孔内衰减片的衰减系数已经根据第一激光器组的各个波长的光强和经过窄带滤光片之后的光子数进行了预先设定，最终经过第一可调光学模组后的量子信号光的每个脉冲中含有0.1个光子数。

第一可调光学模组的作用是最终出射所需波长的量子信号光。

2.发射端经典通信模块

参见图1、6、7，发射端经典通信模块2由激光器模组，探测器模组以及光学模组构成。发射端经典通信模块2与发射端控制处理模块3相连接且由其负责第二激光器调制，发射端控制处理模块3还负责第二可调光学模组的旋转、第一探测器apd工作和信号处理，以及控制接收端与发射端的同步和交互。

1)激光器模组

激光器模组包括第二激光器，采用一台白光激光器，参数同发射端量子通信模块中第一激光器组中的激光器一致，其波长输出范围为200nm-1600nm，功率稳定，且由发射端控制处理模块3控制。

2)探测器模组

探测器模组由第一探测器apd构成，第一探测器apd为一台雪崩二极管探测器，其探测的波长范围从300nm至600nm之间。并且第一探测器apd与发射端控制处理模块3相连，将收到的光信号转化为电信号之后传送给发射端控制处理模块3，并由其进行数据处理和控制。

3)光学模组

光学模组由固定光学模组和第二可调光学模组构成，固定光学模组主要由偏振无关分光棱镜(bs)和反射镜(mr)组成，其作用是将第二激光器发出的白色激光直接射入第二可调光学模组(aom)，然后经由第二可调光学模组出射所需波长的经典信号光，并且将第二可调光学模组接收到来自接收端经典通信模块传来的经典信号光引入第一探测器apd。第二可调光学模组(aom)上有8个光学开孔，每个光学开孔内各安装了一片与第一可调光学模组(aom)中相同波长的窄带滤光片，其作用是发射和接收所需波长的经典信号光。

3.发射端控制处理模块

发射端控制处理模块控制发射端量子通信模块1和发射端经典通信模块2中的第一激光器组和第二激光器的工作和调制；控制发射端经典通信模块2和发射端量子通信模块1中的第一、第二可调光学模块根据量子误码率qber选择水下无线量子密钥分发和水下无线经典光通信的量子信号光和经典信号光的波长。控制发射端经典通信模块2中第一探测器apd的工作和对其信号处理。

发射端控制处理模块3的作用是控制发射端各个模块之间的协同工作和数据处理，计算各个波长量子信号的量子误码率qber，选出量子信号光和经典信号光的最优波长，并控制发射端经典通信模块2与接收端经典通信模块进行同步和实时交互。

接收端包括接收端量子通信模块11、接收端经典通信模块22、接收端控制处理模块33，接收端量子通信模块11与接收端控制处理模块33相连接，接收端经典通信模块22与接收端控制处理模块33相连接。

4.接收端量子通信模块

参见图1、8、9，接收端量子通信模块11包括探测器模组111和光学模组112构成。接收端量子通信模块11与接收端控制处理模块33相连接，由接收端控制处理模块33负责控制探测器模组111工作，且对其数据进行处理，还控制第三可调光学模组的旋转。

1)光学模组

光学模组包括第三固定光学模组和第三可调光学模组(aom)。

第三固定光学模组采用bb84协议，由半波片(hwp)、偏振有关分光棱镜(pbs)和偏振无关分光棱镜(bs)组成。

第三可调光学模组(aom)是由接收端控制处理模块33控制，和发射端量子通信模块1中第一可调光学模组(aom)的旋转保持同步。第三可调光学模组(aom)的8个开孔内各安装1片与第一光学模组中相同波长的窄带滤光片，用于接收所需波长的量子信号光。

2)探测器模组

探测器模组由4台探测波长范围从300nm至600nm光电倍增管(pmt)构成。光电倍增管(pmt)接收经由偏振无关分光棱镜(bs)和偏振有关分光棱镜(pbs)分束后的线偏振量子信号光，将光信号转变为电信号后传输至接收端控制处理模块22，并由其进行相应的数据处理和控制。

5.接收端经典通信模块

参见图10、11，接收端经典通信模块22包括激光器模组，探测器模组和光学模组。第三激光器、探测器、以及光学模组。接收端经典通信模块22与接收端控制处理模块33相连接。接收端控制处理模块33负责第三激光器调制、第四可调光学模组的波长选择，探测器apd的工作和信号处理，水下无线后处理过程以及与接收端进行经典通信和交互的工作。

1)激光器模组

激光器模组包括一台白光激光器，参数与第一激光器组中的激光器一致，其波长输出范围为200nm-1600nm，功率稳定。由接收端控制处理模块33控制；

2)探测器模组

探测器模组包括第二探测器apd，第二探测器apd为一台雪崩二极管探测器(apd)，其探测的波长范围从300nm至600nm之间。并且探测器与接收端控制处理模块33相连，将收到的光信号转化为电信号之后传送给接收端控制处理模块33，并由其进行相应的数据处理和控制；

3)光学模组

光学模组由第四固定光学模组和第四可调光学模组(aom)组成，其中固定光学模组主要由偏振无关分光棱镜(bs)，反射镜(mr)组成。其作用是将第三激光器发出的白色激光直接射入第四可调光学模组(aom)，经由第四可调光学模组(aom)出射所需波长的经典信号光，并且将第四可调光学模组接收到来自发射端经典通信模块传来的经典信号光引入第二探测器apd。第四可调光学模组(aom)有8个光学开孔，每个光学开孔内各安装1片与第二光学模组相对应的具有相同波长的窄带滤光片，其作用是发射和接收所需波长的经典信号光。

上述第一可调光学模组，第二可调光学模组，第三可调光学模组和第四可调光学模组中的8个光学开孔内选择安装适用于以下波长的窄带滤光片：438.3nm、466.8nm、486.1nm、495.7nm、517.2nm、518.3nm、527.0nm、546.0nm。需要注意的是，这8个波长选自于夫琅禾费暗线谱，有助于减少环境光所带来的环境噪声。

如图12所示，发射端量子通信模块1和接收端量子通信模块11通信关系图。4个激光器laser1、laser2、laser3和laser4的光首先经过一次滤光片(att)衰减，衰减为合适的比例，比例系数由原始光子数决定，分别进入一个格兰棱镜起偏器(pol)，分别生成水平、竖直、水平和竖直这四路线偏振光，之后laser1和laser2以及laser3和laser4的线偏光分别进行一次合束，每一路水平偏振与每一路竖直偏振进入一个偏振分束器(pbs)各组成一组。其中lsaser1和lsaser2的线偏光经过半波片(hwp)旋转为45°与135°的线偏振光后进入偏振无关分光棱镜(bs)，另一组直接进入偏振无关分光棱镜(bs)，最终经过装有窄带滤光片和衰减片的发射端可调光学模组(aom-s)变成特定波长且每个光脉冲含有0.1个光子的量子信号光入射进入水信道。

接收端则先经过接收端可调光学模组(aom-r)，此时可调光学模组(aom-r)光学开孔内所安装的窄带滤光片的波长与发射端可调光学模组(aom-s)的窄带滤光片的波长一致。量子信号光首先经由偏振无关分光棱镜(bs)平均分成两路。一路光经由半波片(hwp)旋转45°变成水平或者竖直的线偏振光，再进入偏振有关分光棱镜(pbs)，水平线偏振光反射进入pmt1，竖直线偏振光投射进入pmt2，另一路光直接经由偏振有关分光棱镜(pbs)，水平线偏振光反射进入pmt3，竖直线偏振光投射进入pmt4。

本发明的一种自适应多波段水下无线量子密钥分发方法，包括以下步骤：

ss1：系统初始化，发射端和接收端上电，所有可调光学模组均转动至预设波长模式(即旋转至默认波长所对应的位置)；

ss2：握手阶段，发射端经典通信模块发送握手信号，通知接收端准备开始接收测试信号以测试不同波长量子信号的量子误码率qber。握手信号包含系统时间和可调光学模组在测试阶段的旋转间隔时间；

ss3：测试阶段，发射端控制处理模块3控制发射端量子通信模块1中的第一可调光学模组根据设定的旋转间隔时间旋转8次，分别发送8组不同波长的测试信号。同时接收端根据设定的转动时间间隔，旋转接收端量子通信模块11中的第四可调光学模组和发射端量子通信模块1中的可调光学模组同步旋转，旋转8次，分别接收8组测试信号；

选择适用于以下波长的窄带滤光片：438.3nm、466.8nm、486.1nm、495.7nm、517.2nm、518.3nm、527.0nm、546.0nm；

ss4：波长选取阶段，接收端量子通信模块11将接收到的8组测试信号经由接收端经典通信模块22与发送给发射端经典通信模块2进行交互，通过发射端控制处理模块3和接收端控制处理模块33计算，得到8组不同波长测试信号的量子误码率qber，并将这8组量子误码率qber从小到大进行排序，选择最小和次小的两组量子误码率qber所对应的波长作为水下无线量子密钥分发的量子信号光和水下无线经典通信的经典信号光的工作波长；

ss5：波长调整阶段，发射端与接收端进行交互，确定量子信号和经典信号的工作波长。再分别由发射端控制处理模块3和接收端控制处理模块33同步旋转发射端量子通信模块1、发射端经典通信模块2、接收端量子通信模块11和接收端经典模块22中第一、第二、第三和第四可调光学模组，所述第一和第三可调光学模组旋转至量子信号光波长对应的开孔位置，第二和第四可调光学模组旋转至经典信号光波长对应的开孔位置；

ss6：密钥分发和实时监测阶段，进行基于bb84协议的无线量子密钥分发的常规流程：发射端和接收端在量子信道以及经过可信认证的经典信道中进行交互，实现密钥分发、对基、纠错、错误校验、以及私密放大的后处理过程。并且在密钥分发过程中，发射端和接收端实时监测量子误码率qber的变化情况，当量子信号光的量子误码率qber波动超过预设阈值，系统重新进入ss2阶段。若量子误码率qber波动没有超过预设阈值，直至密钥分发完毕进入下一步；

ss7水下无线量子密钥分发流程结束，发射端发送结束指令，接收端进入待机模式等待下一轮握手信号。

经由以上步骤最终完成水下无线量子密钥分发。整个系统的信号光波长均选自于夫琅和费暗线光谱中，可以有效降低水下环境光对系统的干扰。

本发明通过上述研究实时适应水下信道的变化，提升水下无线量子密钥分发的效率，降低误码率，提高传输距离和最终密钥生成速率，扩大水下无线密钥分发的水域适用范围，可以实现任意水域中最优的密钥生成速率和通信速率。

本发明可以基于不同水体的水信道或同一水体水信道的误码率实时变化情况，自动调整系统工作的信号光波长，以实时适应水信道的变化，降低误码率，最终实现水下无线量子密钥分发系统最大的密钥生成率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。