【儀表儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】由中國(guó)科學(xué)院光電研究院承擔(dān)的863計(jì)劃“強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像外場(chǎng)綜合測(cè)試技術(shù)”近通過(guò)了科技部國(guó)家遙感中心驗(yàn)收，為強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感載荷的研制與應(yīng)用發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其中系留氣球系統(tǒng)起到了重要的支撐平臺(tái)作用。
 

 

　　有別于現(xiàn)有光學(xué)成像技術(shù)采用物空間到像空間的“點(diǎn)”到“點(diǎn)”對(duì)應(yīng)模式，強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像技術(shù)是利用光場(chǎng)的量子漲落及其關(guān)聯(lián)獲取目標(biāo)圖像信息的一種新型成像技術(shù)，為圖像信息的獲取提供了一條可突破傳統(tǒng)光學(xué)成像技術(shù)圖像分辨率和圖像獲取效率理論極限的全新技術(shù)途徑。中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)與精密機(jī)械研究所在863計(jì)劃的支持下，在上建成了臺(tái)激光三維強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像工程原理樣機(jī)。
 

　　強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像技術(shù)在遙感、顯微、制導(dǎo)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景，亟待進(jìn)行外場(chǎng)綜合測(cè)試驗(yàn)證。為此，中國(guó)科學(xué)院光電研究院在2014年承擔(dān)了863計(jì)劃“強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像外場(chǎng)綜合測(cè)試技術(shù)”課題，目標(biāo)旨在前期被動(dòng)光學(xué)高光譜強(qiáng)度關(guān)聯(lián)原理樣機(jī)的基礎(chǔ)上，推動(dòng)其工程化驗(yàn)證進(jìn)程，支撐其搭載到應(yīng)用平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn)，突破基于飛行器平臺(tái)的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從野外靜態(tài)場(chǎng)景到基于航空浮空器平臺(tái)的光學(xué)強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像跨越；實(shí)驗(yàn)演示強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像技術(shù)與傳統(tǒng)光學(xué)成像技術(shù)相比較而言的若干的新的遙感成像能力，完成強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像技術(shù)的應(yīng)用理論體系建設(shè)。
 

　　系留氣球平臺(tái)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破
 

　　經(jīng)過(guò)綜合論證，研究團(tuán)隊(duì)選擇系留氣球作為強(qiáng)度關(guān)聯(lián)相機(jī)的測(cè)試搭載平臺(tái)。系留氣球是一種無(wú)動(dòng)力浮空飛行器，用系纜與地面設(shè)施連接，球體內(nèi)充氦氣，依靠浮力懸停在空中。系留氣球系統(tǒng)一般由球體、系纜、錨泊設(shè)施、測(cè)控、供電等組成。系纜是為了約束氣球停留在期望的高度，內(nèi)部有導(dǎo)線與光纖，前者為氣球所搭載的各種載荷提供電力，后者可將傳感器獲得的信息傳送至地面接收站。正因?yàn)橄盗魵馇虼蠖嗖捎玫孛嬖O(shè)施供電，其續(xù)航時(shí)間才不受能源的限制，與其他飛行器相比具有顯著優(yōu)勢(shì)，小型的系留氣球系統(tǒng)續(xù)航時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)1-3天，中大型的系留氣球系統(tǒng)持續(xù)駐空工作時(shí)間可超過(guò)15天。
 

　　在三年的研究周期內(nèi)，光電院突破了系留氣球雷電防護(hù)，復(fù)雜工況下球體動(dòng)力學(xué)分析，球載不間斷電源供應(yīng)，球載在線充電，球載脈沖式大功率放電電源，系纜收纜主動(dòng)控制等諸多關(guān)鍵技術(shù)，研制成功了1600立方米的移動(dòng)式對(duì)地觀測(cè)系留氣球系統(tǒng)，有效載荷超過(guò)250kg，升空高度超過(guò)海拔2000m，數(shù)據(jù)傳輸速度大于1Gbps，抗風(fēng)能力超過(guò)24m/s，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。
 

　　光電院完成了系留氣球平臺(tái)搭載被動(dòng)光學(xué)強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像載荷在不同高度的數(shù)據(jù)獲取飛行試驗(yàn)，獲取的數(shù)據(jù)包括項(xiàng)目組人工部署的扇形、灰度等級(jí)、彩色和條形靶標(biāo)，以及樹(shù)木、房屋、小汽車(chē)等自然場(chǎng)景目標(biāo)，在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像載荷在航空遙感平臺(tái)上進(jìn)行外場(chǎng)成像，驗(yàn)證了光電研究院研制的系留氣球科學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像載荷空中成像在高精度穩(wěn)定、高速率實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、高質(zhì)量供電、高精度姿軌測(cè)量等方面的可靠支持能力。
 

　　外場(chǎng)綜合測(cè)試取得預(yù)期驗(yàn)證效果
 

　　2017年11月，“強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像外場(chǎng)綜合測(cè)試技術(shù)”課題順利通過(guò)專(zhuān)家組評(píng)審驗(yàn)收，評(píng)審專(zhuān)家組認(rèn)為，該課題突破了外場(chǎng)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)、自適應(yīng)壓縮感知關(guān)聯(lián)重構(gòu)、大功率球載供電、穩(wěn)定平臺(tái)柔性精密傳動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了我國(guó)首套凝視型載荷外場(chǎng)綜合測(cè)試系統(tǒng)，成功組織實(shí)施了三次大型外場(chǎng)綜合測(cè)試科學(xué)試驗(yàn)，為強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感載荷的研制與應(yīng)用發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課題研究成果將納入國(guó)家高分辨率遙感綜合定標(biāo)場(chǎng)，服務(wù)于我國(guó)新型遙感載荷的研制與發(fā)展、成像應(yīng)用模式分析與驗(yàn)證，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展。
 

　　系留氣球是浮空飛行器家族的重要成員。在何澤慧院士等老一輩科學(xué)家的倡導(dǎo)下，中國(guó)科學(xué)院早在四十年前就開(kāi)始發(fā)展浮空飛行器，目前已具備包括高空零壓氣球、超壓氣球、系留氣球、中低空飛艇和平流層飛艇的研制能力。浮空飛行器具有廣泛的用途，我國(guó)去年6月成功發(fā)射的世界上顆硬X射線望遠(yuǎn)鏡天文衛(wèi)星取名為“慧眼”也是為了紀(jì)念何澤慧先生，在這之前曾經(jīng)用高空氣球搭載硬X射線探測(cè)器驗(yàn)證了技術(shù)可行性。
 

　　中國(guó)科學(xué)院浮空器研究中心的系留氣球是靠自主創(chuàng)新從1988年開(kāi)始逐步發(fā)展起來(lái)的，1989年研制成功的“海南一號(hào)”系留氣球系統(tǒng)，體積150立方米，是國(guó)內(nèi)首套實(shí)用型系留氣球系統(tǒng)。1995年，研制成功400立方米高原型系留氣球系統(tǒng)，1996年研制完成車(chē)載型機(jī)動(dòng)系留氣球系統(tǒng)，2009年研制完成當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)大的系留氣球預(yù)警系統(tǒng)并交付用戶(hù)，2016年12月，光電院KX-10系留氣球搭載探索1號(hào)科考船進(jìn)行海上立體觀測(cè)試驗(yàn)，是國(guó)內(nèi)船載系留氣球應(yīng)用試驗(yàn)。2017年9月，“中國(guó)科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(STS)-先進(jìn)浮空器制造與應(yīng)用”項(xiàng)目完成應(yīng)用示范飛行任務(wù)，參與此次飛行試驗(yàn)的“機(jī)動(dòng)式系留氣球”，能夠快速展開(kāi)，單次系留駐空時(shí)間可達(dá)3天，針對(duì)快捷部署監(jiān)控、通信等應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、系統(tǒng)可靠、使用操作方便的目標(biāo)。2017年12月光電院的KX-15系留氣球紅外觀測(cè)系統(tǒng)在海拔4700米的可可西里無(wú)人區(qū)升空，用于對(duì)保護(hù)區(qū)動(dòng)物行為的觀測(cè)和研究。
 

　　中科院浮空器團(tuán)隊(duì)具有結(jié)構(gòu)建模、大型結(jié)構(gòu)分析、熱分析、氣動(dòng)分析計(jì)算的軟硬件平臺(tái)和一批高水平長(zhǎng)期從事剛性結(jié)構(gòu)、柔性結(jié)構(gòu)、熱分析和氣動(dòng)特性分析研究的科技人員，能夠深入進(jìn)行浮空器的研究設(shè)計(jì)工作。系留氣球系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，先后形成了代號(hào)為KX-10、KX-14、KX-15、KX-31、KX-47等系列的系留氣球產(chǎn)品。光電研究院將繼續(xù)緊密結(jié)合自身的光電專(zhuān)業(yè)特色，為科學(xué)院的前沿科學(xué)探索做好技術(shù)支撐，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主戰(zhàn)場(chǎng)中發(fā)揮更加重要的作用。
 

　　(原標(biāo)題：拓展浮空平臺(tái)驗(yàn)證能力 助推光電載荷前沿探索——記中國(guó)科學(xué)院系留氣球在強(qiáng)度關(guān)聯(lián)光譜相機(jī)綜合測(cè)試中的應(yīng)用)