理实交融，展现激光相干探测的突破与发展

人类社会发展正越来越需要获取、认知、利用其周围的各种信息，从身边到地球、空中和太空，信息化和智能化的发展越来越依赖于各种传感器将自然界的各种状态信息变换为可用的数据。高精度高可信数据获取成为人们关注的焦点，也是数字孪生的基础。激光探测是一种基于主动激光照射和回波处理反演的非接触探测方式，其波长短、波束窄，能够实现更高的测量精度，可远距离快速获取物体的运动状态、结构形态、物质成分等信息。同时，激光探测还具有很强的抗干扰能力，从而使信息感知更可靠，在复杂环境中进行远距离运动目标辨识、无人驾驶和空间感知极为有用。它是正在蓬勃兴起且已广泛应用的一种新型信息感知手段，未来必将得到更快发展。

激光探测由最初的测距测速，发展到后来的扫描激光成像，均属于线性探测，获取的是激光回波信号强度或调制包络信息。为了作用距离更远，发展出光子探测，获取的是目标回波的光子计数结果，特别是单光子探测在空间应用上有很好的效果。为获取更高效更可靠的探测能力，量子纠缠探测因其机理新颖，正受到关注，并有一定的研究成果出现。为获取更加精细的目标信息，例如毫米级分辨率的远距离目标成像，或者测量目标微小的抖动，激光相干探测能发挥重要作用。激光相干探测发射的是高相干性激光、检测的是受目标调制的光载波而不仅仅是光强度，它具有转换增益高、滤波性能好、可检测信息特征多、灵敏度高等优点。作为激光探测的前沿方向，激光相干探测是精细信息感知手段的希望之星。

《激光相干探测应用理论方法》一书由科学出版社于2022年出版，作者胡以华教授系我国光电对抗领域重要领军科学家，长期从事激光探测与光电信息技术等方面的研究工作，在运动目标激光探测方向取得了一系列开创性研究成果。作者团队聚焦激光相干探测，进行了深入的研究，积累了大量第一手资料，发表了一系列研究论文，申请了一批相关专利，进行了实验或应用。此专著体现了作者团队在激光相干探测方向多年的研究成果，旨在系统阐述面向运动目标感知的激光相干探测应用理论方法。

此专著重点阐述了大气扰动探测、测距测速、微多普勒效应探测、面向合成孔径的激光相干探测的新规律、新思路、新技术和新结论。激光相干探测理论基础部分主要介绍了激光相干探测基础知识、原理、主要指标及特点、应用现状及典型系统；大气扰动的激光相干探测部分从运动目标产生的大气 CO2 扰动和风场扰动激光相干探测两个方面，按照探测原理、探测系统、实验验证思路进行叙述；距离速度的啁啾调幅激光相干探测部分主要介绍其测距测速的原理、方法和系统；微多普勒效应的激光相干探测部分阐述微多普勒效应激光相干探测建模，以及基于时频分析的微动特征快速提取和基于信号模型的微动参数估计方法；面向合成孔径的激光相干探测部分介绍合成孔径激光雷达探测原理、成像算法、相位补偿算法，以及合成孔径激光雷达实验系统及实验验证。

探测运动目标，首先需要测量其质心运动状态，也就是测距测速；其次需要关注其围绕质心的抖动，有助于目标识别，因此需要测量其微动特征；进一步的目标识别需要了解其形态结构特征，对目标体成像，目前合成孔径成像是能达到最优分辨能力的一种方法；除此之外，空中运动目标对周围大气的扰动，也反映了其本质属性，是目标探测某些特定应用的非常有价值的方式。此专著围绕上述四个应用需求进行了全面的阐述。大气CO2和风场扰动的激光相干探测是作者面向特定应用提出的一种新型探测方式，其基础来源于大气探测激光雷达，作者创造性地解决了两个难题：一是准确高分辨地测量出大气中CO2含量浓度和风场速度，与自然量值相比得到飞行器引起的微小扰动量；二是距离上分段、方位上分格、少积累的短时间获取有用信息，这需要一系列关键技术突破和信息处理技术作支持。常规的测距测速有脉冲式和包络调制式，相干体制测距测速可以得到准确的光信号频率值，进而实现高精度的测距和测速精度。它主要有啁啾频率调制连续波、伪随机码调相及啁啾信号调幅方式。这些新方式应用有限，作者围绕啁啾信号调幅激光相干测距测速开展研究，重点解决了测量信号处理的理论和算法问题，实验和应用体现了其优良的性能。目标微动探测需要解析出相干回波的频率调制结果，其高性能信号探测技术是保证。而对于多要素耦合调制的激光回波信号微多普勒效应分离与微动特征提取，一直是个难题。作者重点专注于微动特征提取方法和微动参数估计方法，提出了卓有成效的解决措施。合成孔径激光雷达作为一种新型的主动式成像雷达，成像时间短，分辨率高，能够获得几乎接近于光学照片质量的高分辨率图像，并具有三维成像的特点，可满足各领域特别是空间应用对高分辨率成像的迫切需求。但是合成孔径激光雷达对平台和目标的距离徙动与振动极为敏感，实现起来特别不易，需要提出一系列的校正措施加以补偿。作者在这方面做出了有益尝试，提出了新的距离-多普勒成像算法和相位梯度自聚焦成像算法等有效补偿措施。

此专著具有典型的理实融合特征，在阐释面向特定应用的激光相干探测理论基础上给出了实现原理和实验结论。理论具有前沿性，方法具有有效性，应用具有针对性，反映了激光相干探测的新突破、新兴高性能测量的新发展。为面向运动目标的激光相干探测技术应用奠定了理论方法基础，给我们开展这方面的研究和应用带来非常有价值的借鉴。此专著的出版对于越来越受到关注的激光相干探测技术具有开拓性意义，是国内近年来不可多得的一本激光探测领域的科技著作。