王建宇述評《激光相干探測應用理論方法》：理實交融，展現激光相干探測的突破與發展
王建宇，中國科學院院士，國科大杭州高等研究院院長，中國科學院上海技術物理研究所研究員
人類社會發展正越來越需要獲取、認知、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展越來越依賴於各種傳感器將自然界的各種狀態信息變換爲可用的數據。高精度高可信數據獲取成爲人們關注的焦點，也是數字孿生的基礎。激光探測是一種基於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，能夠實現更高的測量精度，可遠距離快速獲取物體的運動狀態、結構形態、物質成分等信息。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，在複雜環境中進行遠距離運動目標辨識、無人駕駛和空間感知極爲有用。它是正在蓬勃興起且已廣泛應用的一種新型信息感知手段，未來必將得到更快發展。
激光探測由最初的測距測速，發展到後來的掃描激光成像，均屬於線性探測，獲取的是激光回波信號強度或調製包絡信息。爲了作用距離更遠，發展出光子探測，獲取的是目標回波的光子計數結果，特別是單光子探測在空間應用上有很好的效果。爲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，正受到關注，並有一定的研究成果出現。爲獲取更加精細的目標信息，例如毫米級分辨率的遠距離目標成像，或者測量目標微小的抖動，激光相干探測能發揮重要作用。激光相干探測發射的是高相干性激光、檢測的是受目標調製的光載波而不僅僅是光強度，它具有轉換增益高、濾波性能好、可檢測信息特徵多、靈敏度高等優點。作爲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。
胡以華著，科學出版社2022年12月
ISBN：9787030739759
《激光相干探測應用理論方法》一書由科學出版社於2022年出版，作者胡以華教授系我國光電對抗領域重要領軍科學家，長期從事激光探測與光電信息技術等方面的研究工作，在運動目標激光探測方向取得了一系列開創性研究成果。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，發表了一系列研究論文，申請了一批相關專利，進行了實驗或應用。此專著體現了作者團隊在激光相干探測方向多年的研究成果，旨在系統闡述面向運動目標感知的激光相干探測應用理論方法。
此專著重點闡述了大氣擾動探測、測距測速、微多普勒效應探測、面向合成孔徑的激光相干探測的新規律、新思路、新技術和新結論。激光相干探測理論基礎部分主要介紹了激光相干探測基礎知識、原理、主要指標及特點、應用現狀及典型系統；大氣擾動的激光相干探測部分從運動目標產生的大氣 CO₂ 擾動和風場擾動激光相干探測兩個方面，按照探測原理、探測系統、實驗驗證思路進行敘述；距離速度的啁啾調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；微多普勒效應的激光相干探測部分闡述微多普勒效應激光相干探測建模，以及基於時頻分析的微動特徵快速提取和基於信號模型的微動參數估計方法；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及實驗驗證。
探測運動目標，首先需要測量其質心運動狀態，也就是測距測速；其次需要關注其圍繞質心的抖動，有助於目標識別，因此需要測量其微動特徵；進一步的目標識別需要了解其形態結構特徵，對目標體成像，目前合成孔徑成像是能達到最優分辨能力的一種方法；除此之外，空中運動目標對周圍大氣的擾動，也反映了其本質屬性，是目標探測某些特定應用的非常有價值的方式。此專著圍繞上述四個應用需求進行了全面的闡述。
大氣CO₂和風場擾動的激光相干探測是作者面向特定應用提出的一種新型探測方式，其基礎來源於大氣探測激光雷達，作者創造性地解決了兩個難題：一是準確高分辨地測量出大氣中CO₂含量濃度和風場速度，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，這需要一系列關鍵技術突破和信息處理技術作支持。
常規的測距測速有脈衝式和包絡調製式，相干體制測距測速可以得到準確的光信號頻率值，進而實現高精度的測距和測速精度。它主要有啁啾頻率調製連續波、僞隨機碼調相及啁啾信號調幅方式。這些新方式應用有限，作者圍繞啁啾信號調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，實驗和應用體現了其優良的性能。
目標微動探測需要解析出相干回波的頻率調製結果，其高性能信號探測技術是保證。而對於多要素耦合調製的激光回波信號微多普勒效應分離與微動特徵提取，一直是個難題。作者重點專注於微動特徵提取方法和微動參數估計方法，提出了卓有成效的解決措施。
合成孔徑激光雷達作爲一種新型的主動式成像雷達，成像時間短，分辨率高，能夠獲得幾乎接近於光學照片質量的高分辨率圖像，並具有三維成像的特點，可滿足各領域特別是空間應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的距離徙動與振動極爲敏感，實現起來特別不易，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徵，在闡釋面向特定應用的激光相干探測理論基礎上給出了實現原理和實驗結論。理論具有前沿性，方法具有有效性，應用具有針對性，反映了激光相干探測的新突破、新興高性能測量的新發展。爲面向運動目標的激光相干探測技術應用奠定了理論方法基礎，給我們開展這方面的研究和應用帶來非常有價值的借鑑。此專著的出版對於越來越受到關注的激光相干探測技術具有開拓性意義，是國內近年來不可多得的一本激光探測領域的科技著作。
本文來源：新華網
《激光相干探測應用理論方法》圍繞目標高性能探測領域激光相干探測的新興應用問題，介紹了相關理論與方法。全書共5章，包括激光相干探測理論基礎、大氣擾動的激光相干探測、距離速度的啁啾調幅激光相干探測、微多普勒效應的激光相干探測以及面向合成孔徑的激光相干探測。
（本文編輯：劉四旦）
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