研究领域

 

1. 干涉成像光谱技术 

 

       成像光谱技术是光学遥感探测技术的前沿科学,是近年来发展起来的高新技术,它可以同时获取物体的二维形影信息、一维光谱信息,是融合光学、信息科学、计算机科学、电子技术、精密机械于一体的前沿交叉学科。在对地观测、空间探测、生物医学、航天航空、地球生态环境等方面都具有十分重大的科学意义和广阔的应用前景。

       该方向主要研究利用光学遥感技术实现陆地表层、大气、海洋以及空间目标的多维度探测。典型的领域包括:1)傅里叶变换成像光谱技术;2) 光电图像处理技术;3)先进光学仪器。

       在国际上首次提出了基于Savart偏光镜的超小型、大视场、高分辨率、高灵敏度新型干涉成像光谱技术的新原理、新技术、新载荷;自主设计研制出具有自主知识产权的国际上首台基于Savart板的稳态超小型干涉成像光谱仪星载、机载和实验样机,达国际领先水平。该方案与目前美国强力小卫星搭载的空间调制干涉成像光谱仪和美国学者提出的数字阵列扫描干涉仪相比,取掉了传统仪器中的狭缝,使光通量和探测灵敏度提高了2个量级;在补偿条件下,视场扩大3~5倍;用Savert板取代Sagnac干涉仪,结构更加紧凑和小型轻量;远场条纹由双曲线变为直线,便于光谱复原与图象合成;建立面阵CCD推扫时空联合型光谱获取模式,仪器结构大为简化;无运动部件,具有更好的航天环境适应性。可同时获取物体(目标)的二维空间图像、一维光谱信息,具有成像仪、光谱仪二重功能。充分显示了超小型、大视场、宽覆盖、高分辨率、高探测灵敏度、信息丰富、航空航天环境适应性强等显著特点。该研究方向获得国家863计划、国家重点、自然科学基金等6项资助。发表SCI论文70余篇,获授权发明专利5项。

 

星载新型偏振干涉成像光谱仪样机

机载新型偏振干涉成像光谱仪样机

新型偏振干涉成像光谱仪实验样机

CCD探测器

参加“十一五”国家重大科技成就展

 

2. 图像、光谱、偏振态多维信息一体化获取技术

 

      图像、光谱、偏振多维信息一体化获取技术是目前国际上新出现的一种高新科技,具有战略性、前瞻性和前沿性。在图像与光谱信息中加入偏振信息,可达到最佳探测与识别能力,可以在很多领域获得意想不到的作用,如可以区分形状、光谱伪装的假目标;可以区分天然目标与人造目标;可用于导弹预警,空间碎片探测等。在大气探测中,可以探测大气气溶胶及空间悬浮粒子的尺度与分布;在天文上可以探测恒星的偏振光谱;可应用于矿产资源、植皮资源、城市环境、大气污染等领域,还可以推广到生物医学、生命科学、医疗、疾病诊断、工业在线检测、便携式全光探测等其它领域。

       课题瞄准国际高分辨率多维信息一体化获取技术发展趋势,针对我国对地观测和空间探测领域重大需求,在国际上首次提出基于Savart偏光镜时空联合调制的新型图像、光谱、偏振多维信息一体化静态、实时、同时获取技术;设计、研制具有自主知识产权的图像、光谱、偏振态多维信息一体化获取验证装置和星载样机;开展图像、光谱、全偏振信息分离、提取、融合及载荷体制验证等关键技术研究;开展模拟星载探测实验,实现了图像、光谱、偏振多维信息一体化获取,显示了高通量、高灵敏度、高分辨率,静态、良好的航天环境适应性,为图像、光谱、偏振多维信息一体化获取载荷研制、工程应用奠定了理论、技术和工程基础。该研究方向获得国家863计划、自然科学基金等2项资助。发表SCI论文50余篇,获授权发明专利5项,出版专著1部。

 

验证实验 多维信息一体化获取结构设计图及实验样机 样机定标检测 所获取的四维数据立方体 彩色融合图像 《成像偏振光谱技术》

 

3. 大气光学干涉遥感探测技术 

 

       随着人类对太空的探索、开发与利用,对大气(20km~300km)风场和成分的探测越来越受到各国政府和科学家,特别是军方的重视。开展对高层大气风场的研究将为全面、系统地研究全球大气奠定基础和提供重要的基础数据,对地球的生态环境、人类的生存空间和太空空间、太空科学实验、空间飞行器的发射与运行、战略导弹环境保障服务、空间探测以及军事气象、中长期天气预报等都具有极其重要的应用价值和十分重大的意义。开展的主要研究包括1)高光谱微量气体(CO2 、O3、PM 2.5)成分、含量以及探测原理、方案研究;2)新型探测仪器设计与研制研究;3)风场干涉图静态四强度实时、同时探测原理、模式及相关技术研究。

       在国际上首次提出全方位、多方向、宽场大气风场被动探测原理;首次开展了对佛可脱轮廓大气风场探测;提出了时空联合调制大气探测模式。自主设计研发了国内首台基于压电陶瓷扫描的风成像干涉仪、静态近红外臭氧风成像干涉仪星载原理样机;开展了模拟星载探测实验,获得了风场干涉图;反演得出了多普勒风速、温度、臭氧浓度、压强和粒子辐射率等信息。该研究方向获国防、国家自然科学基金重点项目6项资助。发表SCI论文50余篇,获授权发明专利3项,出版专著1部。

 

风成像干涉仪

风成像干涉仪地面试验系统

近红外静态臭氧风成像干涉仪

模拟星载探测实验

《卫星遥感被动探测高层大气风场》

 

4. 高光谱遥感反演理论与算法研究

 

       针对高分卫星全球二氧化碳大尺度、实时、精确、高分辨率监测的重大需求,需要拓展和深化高光谱分辨率大气辐射传输理论及其卫星观测的正演仿真模拟和反演技术研究,提高反演速度,改进反演精度,建立二氧化碳全球反演业务算法为国内已经立项和后续发展的高光谱观测卫星温室气体探测载荷数据处理和应用提供技术支撑。

       该方向主要开展高光谱遥感监测CO2产品反演和算法、O3和微量气体探测、高光谱大气辐射传输理论和数据处理方法的研究,建立、发展高光谱辐射的传输模式和遥感反演系统GF_VRTM-V1.0,为CO2、O3和微量气体的星载探测奠定理论基础,提供技术支持。该研究方向获国家重大专项2项资助,发表SCI论文10余篇, 成果应用于我国科学试验卫星和碳卫星。

 

GOSAT-FTS观测光谱(红线)、GF_VRTM-V1.0模拟光谱(绿线)和匹配残差(蓝线,定义为修正后的观测光 GF系统XCO2反演全球分布 GF系统XCO2反演地面对比验证 GF系统XCO2反演纬度误差统计

 

5. 火星大气探测

 

       火星是太阳系中与地球最为相似的行星,火星大气探测在整个火星探索任务中占有至关重要的地位。迄今为止,还没有探测器直接对火星大气风场进行全球测量。本项目研究旨在发展以高精度、高稳定性、多功能化新一代火星大气探测技术为载体的先进大气探测手段;建立火星大气风速、温度、臭氧全球分布的大气基本动力学参数观测及反演理论与技术体系;设计、研制宽场、消色差、消温差火星静态风成像干涉仪系统,开展模拟星载探测实验和技术体系验证。为解析火星大气行星尺度动力学过程,理解火星大气环流和成分传输特征,以及火星大气标准模型动力学过程验证等提供科学数据源及重要探测手段。为航天器提 供充分的火星大气环境预测,为人类火星探测计划提供技术支撑。

 

探测原理 技术指标 正反演模型 实验结果 实验结果

 

6. 显微成像光谱技术

 

       显微成像光谱技术作为一种基于光学探测的手段,具有客观、检测精度高、可重复性强的显著优势,其中高光谱、偏振显微技术更是当前生物医学和生命科学可视化的新兴技术,可提供有关组织生理、形态和生化成分的诊断信息,为生物组织学研究提供更精细的光谱、偏振特征,进而为医学病理诊断提供更多辅助信息,目前此类技术已在癌症检测、视网膜疾病和组织病理学等领域具有广泛应用。

 

通道型偏振拉曼光谱仪原理

通道型偏振拉曼光谱仪实验装置 实验样品 实验结果 实验结果

 

7. 左手材料研究

 

        “负折射材料”是一种介电常数 和磁导率 同时为负的材料,当电磁波在其中传播时,电矢量、磁矢量和波矢之间构成左手系,区别于传统材料中的右手系,故又称为左手材料(Left Handed Materials, LHM)。本课题组基于总装预研重点项目“具有奇异性质的左手材料”的支持,对周期性结构左手材料开展了深入研究,自行研制了实验装置,设计了回字形、C环、六边形、八边形、三角、四角等十余种棱镜型模型样品;交大字母,中国地图、随机曲线等近十种压制型样品,均取得了良好的实验结果。在Applied Optics,Optical Engineering,物理学报等国内外著名期刊发表论文十余篇。

 

负折射原理图 负折射现象 八边形棱镜型样品 回形周期结构样品 八边形模型实验结果 回字形模型实验结果

 

       上述研究对发展我国具有自主知识产权的空间遥感、大气探测具有重大意义。在航空航天、空间探测、军事、国家安全、地球生态环境和人类生存空间、航天器的发射和运行、资源普查、环境保护、地球物理、天文物理研究、科研及教学等方面都有着重要的应用价值和广阔的应用。