bwin必赢孙剑峰教授团队在单光子探测领域取得重要研究进展

近日，bwin必赢孙剑峰教授团队在单光子探测领域取得重要研究进展。相关研究成果以《单光子激光雷达探测无人机的运动模糊抑制与超分辨定位》（Dynamic motion-blur suppression and super-resolution localization of UAV targets using single-photon LiDAR under ultra-low SNR）为题发表在美国光学学会旗下学术期刊《Optica》上。该研究成果提升了单光子激光雷达在低空环境中对无人机的探测与跟踪能力，为低空空域的精细化感知与安全监管提供重要技术支撑，有助于推动单光子感知技术在低空监测与智能感知领域的进一步发展。

单光子激光雷达凭借光子级的极高探测灵敏度，在远距离目标感知中展现出巨大潜力。然而，在面对低空动态无人机目标单光子激光雷达面临着严峻的底层物理瓶颈：低信噪比（≤0 dB）及远距离条件要求系统进行长时间积分以累积有效回波光子；但无人机的快速运动与探测器阵列的死时间效应相互耦合，导致传统的时域积分结果仅能呈现为模糊的平均或加权轨迹。这种运动模糊效应，严重破坏了系统的空间分辨能力，使得目标检测与定位结果变得极不可靠，成为单光子探测技术走向低空监测实际应用的重大障碍。

针对这一挑战，孙剑峰教授团队提出了一种“五维运动感知重建（5D-MR）”光子计算成像方法。该方案联合触发光子事件的时域（飞行时间）、空间（行列位置）、光子计数以及帧序列特征进行五维协同建模，突破了探测器死时间与目标高动态引发的空间分辨率与时间分辨率相互制约的物理极限，并结合光子事件在跨像素间的时空轨迹预测与亚像素插值技术，实现了运动模糊的精准补偿与超分辨率定位。为验证理论与算法，研究团队自主研发全国产化单光子激光雷达原理样机，并在信噪比低至-8.97dB、每像素平均仅有0.3550个有效光子的极端稀疏条件下，实现了1.8km处动态无人机的运动模糊抑制与超分辨率位置重建。其角度定位精度优于0.01°，尺寸估计误差低于0.02 米。相较于传统方法，该技术在定位精度上实现了近两个数量级的跃升，并将单光子激光雷达的检测门限阈值提升近9dB。

图1 单光子激光雷达动态探测无人机原理

图2 基于传统重建方法的单光子激光雷达成像结果

图3 研究团队提出5D-MR处理后的超分辨重建结果

bwin必赢为论文唯一通讯单位，bwin必赢孙剑峰教授为论文唯一通讯作者，博士生郭东芳为论文第一作者，周鑫副研究员为论文第二作者。该研究获国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.581370

图：郭东芳 

文：孙剑峰 周鑫 郭东芳

审核：郭继峰 明麟 王猛