【儀表儀表網 儀表研發】由中國科學院光電研究院承擔的863計劃“強度關聯遙感成像外場綜合測試技術”近通過了科技部國家遙感中心驗收，為強度關聯遙感載荷的研制與應用發展奠定了堅實的基礎。其中系留氣球系統起到了重要的支撐平臺作用。
 

 

　　有別于現有光學成像技術采用物空間到像空間的“點”到“點”對應模式，強度關聯遙感成像技術是利用光場的量子漲落及其關聯獲取目標圖像信息的一種新型成像技術，為圖像信息的獲取提供了一條可突破傳統光學成像技術圖像分辨率和圖像獲取效率理論極限的全新技術途徑。中國科學院上海光學與精密機械研究所在863計劃的支持下，在上建成了臺激光三維強度關聯成像工程原理樣機。
 

　　強度關聯成像技術在遙感、顯微、制導等領域具有巨大的應用前景，亟待進行外場綜合測試驗證。為此，中國科學院光電研究院在2014年承擔了863計劃“強度關聯遙感成像外場綜合測試技術”課題，目標旨在前期被動光學高光譜強度關聯原理樣機的基礎上，推動其工程化驗證進程，支撐其搭載到應用平臺上進行實際飛行實驗，突破基于飛行器平臺的強度關聯遙感成像應用關鍵技術，實現從野外靜態場景到基于航空浮空器平臺的光學強度關聯遙感成像跨越；實驗演示強度關聯遙感成像技術與傳統光學成像技術相比較而言的若干的新的遙感成像能力，完成強度關聯遙感成像技術的應用理論體系建設。
 

　　系留氣球平臺多項關鍵技術突破
 

　　經過綜合論證，研究團隊選擇系留氣球作為強度關聯相機的測試搭載平臺。系留氣球是一種無動力浮空飛行器，用系纜與地面設施連接，球體內充氦氣，依靠浮力懸停在空中。系留氣球系統一般由球體、系纜、錨泊設施、測控、供電等組成。系纜是為了約束氣球停留在期望的高度，內部有導線與光纖，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施供電，其續航時間才不受能源的限制，與其他飛行器相比具有顯著優勢，小型的系留氣球系統續航時間可以長達1-3天，中大型的系留氣球系統持續駐空工作時間可超過15天。
 

　　在三年的研究周期內，光電院突破了系留氣球雷電防護，復雜工況下球體動力學分析，球載不間斷電源供應，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鍵技術，研制成功了1600立方米的移動式對地觀測系留氣球系統，有效載荷超過250kg，升空高度超過海拔2000m，數據傳輸速度大于1Gbps，抗風能力超過24m/s，達到國內先進水平。
 

　　光電院完成了系留氣球平臺搭載被動光學強度關聯成像載荷在不同高度的數據獲取飛行試驗，獲取的數據包括項目組人工部署的扇形、灰度等級、彩色和條形靶標，以及樹木、房屋、小汽車等自然場景目標，在國內實現了強度關聯成像載荷在航空遙感平臺上進行外場成像，驗證了光電研究院研制的系留氣球科學試驗平臺對強度關聯成像載荷空中成像在高精度穩定、高速率實時數據傳輸、高質量供電、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期驗證效果
 

　　2017年11月，“強度關聯遙感成像外場綜合測試技術”課題順利通過專家組評審驗收，評審專家組認為，該課題突破了外場性能測試標準目標、自適應壓縮感知關聯重構、大功率球載供電、穩定平臺柔性精密傳動控制等關鍵技術，構建了我國首套凝視型載荷外場綜合測試系統，成功組織實施了三次大型外場綜合測試科學試驗，為強度關聯遙感載荷的研制與應用發展奠定了堅實的基礎。課題研究成果將納入國家高分辨率遙感綜合定標場，服務于我國新型遙感載荷的研制與發展、成像應用模式分析與驗證，進而推動我國對地觀測技術的發展。
 

　　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家的倡導下，中國科學院早在四十年前就開始發展浮空飛行器，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月成功發射的世界上顆硬X射線望遠鏡天文衛星取名為“慧眼”也是為了紀念何澤慧先生，在這之前曾經用高空氣球搭載硬X射線探測器驗證了技術可行性。
 

　　中國科學院浮空器研究中心的系留氣球是靠自主創新從1988年開始逐步發展起來的，1989年研制成功的“海南一號”系留氣球系統，體積150立方米，是國內首套實用型系留氣球系統。1995年，研制成功400立方米高原型系留氣球系統，1996年研制完成車載型機動系留氣球系統，2009年研制完成當時國內大的系留氣球預警系統并交付用戶，2016年12月，光電院KX-10系留氣球搭載探索1號科考船進行海上立體觀測試驗，是國內船載系留氣球應用試驗。2017年9月，“中國科學院科技服務網絡計劃(STS)-先進浮空器制造與應用”項目完成應用示范飛行任務，參與此次飛行試驗的“機動式系留氣球”，能夠快速展開，單次系留駐空時間可達3天，針對快捷部署監控、通信等應用需求，實現了機動性強、系統可靠、使用操作方便的目標。2017年12月光電院的KX-15系留氣球紅外觀測系統在海拔4700米的可可西里無人區升空，用于對保護區動物行為的觀測和研究。
 

　　中科院浮空器團隊具有結構建模、大型結構分析、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構、柔性結構、熱分析和氣動特性分析研究的科技人員，能夠深入進行浮空器的研究設計工作。系留氣球系統技術已經較為成熟，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品。光電研究院將繼續緊密結合自身的光電專業特色，為科學院的前沿科學探索做好技術支撐，在國民經濟的主戰場中發揮更加重要的作用。
 

　　(原標題：拓展浮空平臺驗證能力 助推光電載荷前沿探索——記中國科學院系留氣球在強度關聯光譜相機綜合測試中的應用)