單光子雷射雷達   突破無人機與衛星技術的關鍵 

編譯/高晟鈞

緊湊、低功耗且輕巧的單光子機載雷達系統,為無人機與基於衛星的環境監測與繪製打開了一扇大門。

緊湊、低功耗且輕巧的單光子機載雷達系統,為無人機與基於衛星的環境監測與繪製打開了一扇大門。(示意圖/123RF)

單光子雷射雷達

單光子雷射雷達使用單光子偵測技術,來測量雷射脈衝傳播到物體及返回收到信號所需時間。這對於飛機、衛星來說特別實用,因為即使在茂密的森林,或是高樓密布的城市地區,單光子雷射雷達也能實現高精準的地形與物體3D測繪。

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然而,在資源有限的無人機或衛星中使用單光子雷達技術,需要進一步將整個系統縮小並降低能耗。

更小且更強的雷達

研究團隊所設計的最新型單光子雷射雷達,使用一種被稱為「單光子雪崩二極體陣列」(SPAD)的高靈敏度探測器,來捕捉反射回的光脈衝。SPAD提高了對單光子的靈敏度,可以更有效地檢測反射的雷射脈衝,從而允許使用較低功率的雷射。此外,為了縮小整個系統的尺寸,研究人員使用光學孔徑僅為47毫米的小型望遠鏡作為光學接收元件。

作者徐飛虎還提到,新系統使用特殊的掃描鏡,可以連續進行精細的掃描,捕獲地面的目標的其他像素信息。此外,當面臨孱弱信號或強太陽噪聲帶來的挑戰時,該系統使用的新光子高效計算演算法,可以從少量原始光子檢測中提取子像素信息,進而進行超高解析度圖像的重建。

研究團隊在地面測試(模擬飛行高度的測試)與空中測試都獲得了良好的結果,目前該團隊正努力提高該系統的性能與整合度,希望能安裝在小型衛星與無人機等眾多平台上。但在真正商業化前,該系統的穩定性、耐用性與成本效益還需要進一步提高。

資料來源:ScitechDaily

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