【儀表儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】由中國科學(xué)院光電研究院承擔(dān)的863計劃“強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像外場綜合測試技術(shù)”近通過了科技部國家遙感中心驗收，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)”對應(yīng)模式，強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像技術(shù)是利用光場的量子漲落及其關(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。中國科學(xué)院上海光學(xué)與精密機(jī)械研究所在863計劃的支持下，在上建成了臺激光三維強(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)行外場綜合測試驗證。為此，中國科學(xué)院光電研究院在2014年承擔(dān)了863計劃“強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像外場綜合測試技術(shù)”課題，目標(biāo)旨在前期被動光學(xué)高光譜強(qiáng)度關(guān)聯(lián)原理樣機(jī)的基礎(chǔ)上，推動其工程化驗證進(jìn)程，支撐其搭載到應(yīng)用平臺上進(jìn)行實(shí)際飛行實(shí)驗，突破基于飛行器平臺的強(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)場景到基于航空浮空器平臺的光學(xué)強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像跨越；實(shí)驗演示強(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)。
 

　　系留氣球平臺多項關(guān)鍵技術(shù)突破
 

　　經(jīng)過綜合論證，研究團(tuán)隊選擇系留氣球作為強(qiáng)度關(guān)聯(lián)相機(jī)的測試搭載平臺。系留氣球是一種無動力浮空飛行器，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。正因為系留氣球大多采用地面設(shè)施供電，其續(xù)航時間才不受能源的限制，與其他飛行器相比具有顯著優(yōu)勢，小型的系留氣球系統(tǒng)續(xù)航時間可以長達(dá)1-3天，中大型的系留氣球系統(tǒng)持續(xù)駐空工作時間可超過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，系纜收纜主動控制等諸多關(guān)鍵技術(shù)，研制成功了1600立方米的移動式對地觀測系留氣球系統(tǒng)，有效載荷超過250kg，升空高度超過海拔2000m，數(shù)據(jù)傳輸速度大于1Gbps，抗風(fēng)能力超過24m/s，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。
 

　　光電院完成了系留氣球平臺搭載被動光學(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，獲取的數(shù)據(jù)包括項目組人工部署的扇形、灰度等級、彩色和條形靶標(biāo)，以及樹木、房屋、小汽車等自然場景目標(biāo)，在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像載荷在航空遙感平臺上進(jìn)行外場成像，驗證了光電研究院研制的系留氣球科學(xué)試驗平臺對強(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)時數(shù)據(jù)傳輸、高質(zhì)量供電、高精度姿軌測量等方面的可靠支持能力。
 

　　外場綜合測試取得預(yù)期驗證效果
 

　　2017年11月，“強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像外場綜合測試技術(shù)”課題順利通過專家組評審驗收，評審專家組認(rèn)為，該課題突破了外場性能測試標(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)定平臺柔性精密傳動控制等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了我國首套凝視型載荷外場綜合測試系統(tǒng)，成功組織實(shí)施了三次大型外場綜合測試科學(xué)試驗，為強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感載荷的研制與應(yīng)用發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。課題研究成果將納入國家高分辨率遙感綜合定標(biāo)場，服務(wù)于我國新型遙感載荷的研制與發(fā)展、成像應(yīng)用模式分析與驗證，進(jìn)而推動我國對地觀測技術(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，中國科學(xué)院早在四十年前就開始發(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射線探測器驗證了技術(shù)可行性。
 

　　中國科學(xué)院浮空器研究中心的系留氣球是靠自主創(chuàng)新從1988年開始逐步發(fā)展起來的，1989年研制成功的“海南一號”系留氣球系統(tǒng)，體積150立方米，是國內(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年研制完成車載型機(jī)動系留氣球系統(tǒng)，2009年研制完成當(dāng)時國內(nèi)大的系留氣球預(yù)警系統(tǒng)并交付用戶，2016年12月，光電院KX-10系留氣球搭載探索1號科考船進(jìn)行海上立體觀測試驗，是國內(nèi)船載系留氣球應(yīng)用試驗。2017年9月，“中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃(STS)-先進(jìn)浮空器制造與應(yīng)用”項目完成應(yīng)用示范飛行任務(wù)，參與此次飛行試驗的“機(jī)動式系留氣球”，能夠快速展開，單次系留駐空時間可達(dá)3天，針對快捷部署監(jiān)控、通信等應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)動性強(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系留氣球紅外觀測系統(tǒng)在海拔4700米的可可西里無人區(qū)升空，用于對保護(hù)區(qū)動物行為的觀測和研究。
 

　　中科院浮空器團(tuán)隊具有結(jié)構(gòu)建模、大型結(jié)構(gòu)分析、熱分析、氣動分析計算的軟硬件平臺和一批高水平長期從事剛性結(jié)構(gòu)、柔性結(jié)構(gòu)、熱分析和氣動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，在國民經(jīng)濟(jì)的主戰(zhàn)場中發(fā)揮更加重要的作用。
 

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