面對遠(yuǎn)距離小目標(biāo)，常規(guī)探測手段往往只能對其定位，看到的目標(biāo)只是一個點(diǎn)。而有些特殊需求下，需要掌握其面特征甚至體特征，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo)認(rèn)知，此時迫切需要發(fā)展超分辨成像手段。國防科技大學(xué)脈沖功率激光技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任胡以華教授團(tuán)隊(duì)，繼2022年實(shí)現(xiàn)10千米距離上優(yōu)于2厘米分辨率的國內(nèi)外報(bào)道最高水平的反射層析激光雷達(dá)超分辨二維成像的基礎(chǔ)上，近期實(shí)現(xiàn)了三維超分辨成像的重大突破。實(shí)現(xiàn)10千米距離2.0×2.0×3.5厘米分辨率的三維超分辨成像反射層析激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)二維成像的原理日趨成熟，國內(nèi)外也開展了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，但是實(shí)現(xiàn)三維成像的原理和方法在國內(nèi)外未見報(bào)道。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了反射層析激光雷達(dá)三維成像技術(shù)架構(gòu)，建立了激光探測的多角度多視場交疊取樣、窄脈沖激光回波的高速高保真采集及圖像重構(gòu)融合處理方法，研制出反射層析激光雷達(dá)三維成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在合肥紫蓬山地區(qū)開展了距離為10.38 km的外場實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)圖像的三維超分辨重構(gòu)。實(shí)驗(yàn)中，在山上(31°43′28″N, 116°59′55″E)的百米高實(shí)驗(yàn)塔上分別設(shè)置兩類目標(biāo)：1）高度75 cm、寬度30 cm的立體組合件，如圖1 (a)所示；2）多塊厚度1.7 cm、斷面面積不同的塊狀體構(gòu)成的從下到上間距9 cm到2 cm遞減、面積漸小的60°傾斜角梯形立體分辨率測試靶，如圖1 (b)所示。成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)布置在該市華南城(31°46′20″N, 117°5′35″E)樓上，如圖1 (c)所示。在多種實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置下，成功獲得了如圖2 (b)、圖2 (d)所示的立體目標(biāo)三維超分辨成像結(jié)果。圖1 反射層析激光雷達(dá)三維成像實(shí)驗(yàn)實(shí)施圖(c) 反射層析激光雷達(dá)三維成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)經(jīng)第三方專家現(xiàn)場實(shí)測，在10.38 km距離上，環(huán)繞平面成像分辨率優(yōu)于2 cm，環(huán)繞軸向分辨率優(yōu)于3.5 cm。根據(jù)反射層析激光雷達(dá)成像的原理，只要激光脈沖回波信噪比足夠，其三維成像分辨率與光學(xué)孔徑、作用距離、激光發(fā)散角相對無關(guān)，因此，本實(shí)驗(yàn)為實(shí)現(xiàn)千千米超遠(yuǎn)距離微小目標(biāo)的三維成像奠定了基礎(chǔ)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)光學(xué)孔徑為260 mm，相同孔徑的光學(xué)成像系統(tǒng)衍射極限角約為5 μrad，對應(yīng)10 km處常規(guī)光學(xué)成像的極限分辨率約為5 cm。本成果取得了超過同口徑光學(xué)成像衍射極限的遠(yuǎn)距離小目標(biāo)超分辨成像能力，其成像分辨率居激光成像領(lǐng)域國內(nèi)外最優(yōu)水平，特別是通過獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)手段和處理算法首次得到立體目標(biāo)結(jié)構(gòu)的十千米距離厘米級超分辨三維成像結(jié)果。圖2 目標(biāo)實(shí)物與成像結(jié)果
國防科技大學(xué)電子對抗學(xué)院胡以華教授科研團(tuán)隊(duì)長期致力于運(yùn)動目標(biāo)精確激光探測和光電對抗等領(lǐng)域方向理論與應(yīng)用研究，圍繞目標(biāo)的激光三維成像、反射層析激光雷達(dá)成像、大氣擾動激光探測、相干探測、光子探測以及量子糾纏探測方法，取得了一系列研究成果，為空天弱暗目標(biāo)遠(yuǎn)距離探測、高精度定位和多維信息獲取提供新型技術(shù)手段。團(tuán)隊(duì)先后出版專著《激光成像目標(biāo)偵察》、《目標(biāo)衍生屬性光電偵察技術(shù)》、《Theory and Technology of Laser Imaging based Target Detection》和《激光相干探測應(yīng)用理論方法》，公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文300余篇，授權(quán)發(fā)明專利70余項(xiàng)，獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎2項(xiàng)、國家教學(xué)成果二等獎2項(xiàng)、安徽省重大科技成就獎、省部級科技一等獎8項(xiàng)。團(tuán)隊(duì)帶頭人，國防科技大學(xué)電子對抗學(xué)院胡以華教授，脈沖功率激光技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，光學(xué)工程學(xué)科首席專家，中國光學(xué)學(xué)會會士，安徽省科學(xué)技術(shù)協(xié)會兼職副主席。長期從事光電探測與對抗領(lǐng)域研究，取得多項(xiàng)系統(tǒng)性創(chuàng)新成果。
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