??人類社會發(fā)展正越來越需要獲取、認(rèn)知、利用其周圍的各種信息，從身邊到地球、空中和太空，信息化和智能化的發(fā)展越來越依賴于各種傳感器將自然界的各種狀態(tài)信息變換為可用的數(shù)據(jù)。高精度高可信數(shù)據(jù)獲取成為人們關(guān)注的焦點，也是數(shù)字孿生的基礎(chǔ)。激光探測是一種基于主動激光照射和回波處理反演的非接觸探測方式，其波長短、波束窄，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的測量精度，可遠距離快速獲取物體的運動狀態(tài)、結(jié)構(gòu)形態(tài)、物質(zhì)成分等信息。同時，激光探測還具有很強的抗干擾能力，從而使信息感知更可靠，在復(fù)雜環(huán)境中進行遠距離運動目標(biāo)辨識、無人駕駛和空間感知極為有用。它是正在蓬勃興起且已廣泛應(yīng)用的一種新型信息感知手段，未來必將得到更快發(fā)展。
??激光探測由最初的測距測速，發(fā)展到后來的掃描激光成像，均屬于線性探測，獲取的是激光回波信號強度或調(diào)制包絡(luò)信息。為了作用距離更遠，發(fā)展出光子探測，獲取的是目標(biāo)回波的光子計數(shù)結(jié)果，特別是單光子探測在空間應(yīng)用上有很好的效果。為獲取更高效更可靠的探測能力，量子糾纏探測因其機理新穎，正受到關(guān)注，并有一定的研究成果出現(xiàn)。為獲取更加精細的目標(biāo)信息，例如毫米級分辨率的遠距離目標(biāo)成像，或者測量目標(biāo)微小的抖動，激光相干探測能發(fā)揮重要作用。激光相干探測發(fā)射的是高相干性激光、檢測的是受目標(biāo)調(diào)制的光載波而不僅僅是光強度，它具有轉(zhuǎn)換增益高、濾波性能好、可檢測信息特征多、靈敏度高等優(yōu)點。作為激光探測的前沿方向，激光相干探測是精細信息感知手段的希望之星。
??《激光相干探測應(yīng)用理論方法》一書由科學(xué)出版社于2022年出版，作者胡以華教授系我國光電對抗領(lǐng)域重要領(lǐng)軍科學(xué)家，長期從事激光探測與光電信息技術(shù)等方面的研究工作，在運動目標(biāo)激光探測方向取得了一系列開創(chuàng)性研究成果。作者團隊聚焦激光相干探測，進行了深入的研究，積累了大量第一手資料，發(fā)表了一系列研究論文，申請了一批相關(guān)專利，進行了實驗或應(yīng)用。此專著體現(xiàn)了作者團隊在激光相干探測方向多年的研究成果，旨在系統(tǒng)闡述面向運動目標(biāo)感知的激光相干探測應(yīng)用理論方法。
??此專著重點闡述了大氣擾動探測、測距測速、微多普勒效應(yīng)探測、面向合成孔徑的激光相干探測的新規(guī)律、新思路、新技術(shù)和新結(jié)論。激光相干探測理論基礎(chǔ)部分主要介紹了激光相干探測基礎(chǔ)知識、原理、主要指標(biāo)及特點、應(yīng)用現(xiàn)狀及典型系統(tǒng)；大氣擾動的激光相干探測部分從運動目標(biāo)產(chǎn)生的大氣 CO2 擾動和風(fēng)場擾動激光相干探測兩個方面，按照探測原理、探測系統(tǒng)、實驗驗證思路進行敘述；距離速度的啁啾調(diào)幅激光相干探測部分主要介紹其測距測速的原理、方法和系統(tǒng)；微多普勒效應(yīng)的激光相干探測部分闡述微多普勒效應(yīng)激光相干探測建模，以及基于時頻分析的微動特征快速提取和基于信號模型的微動參數(shù)估計方法；面向合成孔徑的激光相干探測部分介紹合成孔徑激光雷達探測原理、成像算法、相位補償算法，以及合成孔徑激光雷達實驗系統(tǒng)及實驗驗證。
??探測運動目標(biāo)，首先需要測量其質(zhì)心運動狀態(tài)，也就是測距測速；其次需要關(guān)注其圍繞質(zhì)心的抖動，有助于目標(biāo)識別，因此需要測量其微動特征；進一步的目標(biāo)識別需要了解其形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，對目標(biāo)體成像，目前合成孔徑成像是能達到最優(yōu)分辨能力的一種方法；除此之外，空中運動目標(biāo)對周圍大氣的擾動，也反映了其本質(zhì)屬性，是目標(biāo)探測某些特定應(yīng)用的非常有價值的方式。此專著圍繞上述四個應(yīng)用需求進行了全面的闡述。大氣CO2和風(fēng)場擾動的激光相干探測是作者面向特定應(yīng)用提出的一種新型探測方式，其基礎(chǔ)來源于大氣探測激光雷達，作者創(chuàng)造性地解決了兩個難題：一是準(zhǔn)確高分辨地測量出大氣中CO2含量濃度和風(fēng)場速度，與自然量值相比得到飛行器引起的微小擾動量；二是距離上分段、方位上分格、少積累的短時間獲取有用信息，這需要一系列關(guān)鍵技術(shù)突破和信息處理技術(shù)作支持。常規(guī)的測距測速有脈沖式和包絡(luò)調(diào)制式，相干體制測距測速可以得到準(zhǔn)確的光信號頻率值，進而實現(xiàn)高精度的測距和測速精度。它主要有啁啾頻率調(diào)制連續(xù)波、偽隨機碼調(diào)相及啁啾信號調(diào)幅方式。這些新方式應(yīng)用有限，作者圍繞啁啾信號調(diào)幅激光相干測距測速開展研究，重點解決了測量信號處理的理論和算法問題，實驗和應(yīng)用體現(xiàn)了其優(yōu)良的性能。目標(biāo)微動探測需要解析出相干回波的頻率調(diào)制結(jié)果，其高性能信號探測技術(shù)是保證。而對于多要素耦合調(diào)制的激光回波信號微多普勒效應(yīng)分離與微動特征提取，一直是個難題。作者重點專注于微動特征提取方法和微動參數(shù)估計方法，提出了卓有成效的解決措施。合成孔徑激光雷達作為一種新型的主動式成像雷達，成像時間短，分辨率高，能夠獲得幾乎接近于光學(xué)照片質(zhì)量的高分辨率圖像，并具有三維成像的特點，可滿足各領(lǐng)域特別是空間應(yīng)用對高分辨率成像的迫切需求。但是合成孔徑激光雷達對平臺和目標(biāo)的距離徙動與振動極為敏感，實現(xiàn)起來特別不易，需要提出一系列的校正措施加以補償。作者在這方面做出了有益嘗試，提出了新的距離-多普勒成像算法和相位梯度自聚焦成像算法等有效補償措施。
??此專著具有典型的理實融合特征，在闡釋面向特定應(yīng)用的激光相干探測理論基礎(chǔ)上給出了實現(xiàn)原理和實驗結(jié)論。理論具有前沿性，方法具有有效性，應(yīng)用具有針對性，反映了激光相干探測的新突破、新興高性能測量的新發(fā)展。為面向運動目標(biāo)的激光相干探測技術(shù)應(yīng)用奠定了理論方法基礎(chǔ)，給我們開展這方面的研究和應(yīng)用帶來非常有價值的借鑒。此專著的出版對于越來越受到關(guān)注的激光相干探測技術(shù)具有開拓性意義，是國內(nèi)近年來不可多得的一本激光探測領(lǐng)域的科技著作。
《激光相干探測應(yīng)用理論方法》，胡以華著，科學(xué)出版社2022年12月，ISBN：9787030739759
??(作者系中國科學(xué)院院士，國科大杭州高等研究院院長，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員 王建宇)
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