近日，山西大學(xué)激光光譜研究所胡建勇/肖連團(tuán)研究團(tuán)隊(duì)在遠(yuǎn)距離無人機(jī)探測方面取得重要進(jìn)展。研究成果以“10-km passive drone detection using broadband quantum compressed sensing imaging”為題發(fā)表于Light: Science & Applications（影響因子：23.4）。該論文的第一作者為山西大學(xué)博士生吳舒嘯。

低空經(jīng)濟(jì)作為一種新興的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，近年來發(fā)展迅猛。隨著無人機(jī)數(shù)量的激增和飛行活動(dòng)的日益頻繁，若缺乏有效的監(jiān)管將對(duì)航空安全和公共安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。在此背景下，無人機(jī)探測技術(shù)的研究顯得尤為重要。在遠(yuǎn)距離探測時(shí)無人機(jī)可被視為點(diǎn)目標(biāo)，面臨散射截面小、光信號(hào)極其微弱等問題。此外，無人機(jī)探測通常處于復(fù)雜環(huán)境背景（如城市建筑、天空、叢林等）中，成像過程極易受到背景噪聲的干擾。這些因素使得遠(yuǎn)距離探測無人機(jī)極具挑戰(zhàn)性，難以通過傳統(tǒng)成像方法實(shí)現(xiàn)。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于量子壓縮感知的被動(dòng)單光子動(dòng)態(tài)成像技術(shù)。該技術(shù)利用光子輻射和探測的固有隨機(jī)性構(gòu)建感知矩陣，實(shí)現(xiàn)了基于離散、隨機(jī)光子探測的頻域稀疏信號(hào)重構(gòu)，探測帶寬高達(dá)2.05 GHz，相較于傳統(tǒng)光子計(jì)數(shù)成像提升了6個(gè)量級(jí)。

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圖1.無人機(jī)探測示意圖

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圖2.遠(yuǎn)距離無人機(jī)單光子成像(成像距離10 km)

研究團(tuán)隊(duì)利用無人機(jī)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)所攜帶的動(dòng)態(tài)信息，通過量子壓縮感知成像技術(shù)成功捕獲了目標(biāo)動(dòng)態(tài)特征。由于背景噪聲不具備動(dòng)態(tài)特征，因此該技術(shù)在抗噪聲性能方面表現(xiàn)出色。利用該技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)將小型無人機(jī)探測距離成功拓展至10 km范圍，充分驗(yàn)證了該技術(shù)在實(shí)際場景中的應(yīng)用價(jià)值和技術(shù)潛力，為點(diǎn)目標(biāo)探測提供了新的目標(biāo)識(shí)別維度。該技術(shù)還有望用于高速成像，如空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測和工業(yè)檢測中的非接觸式振動(dòng)成像，從而推進(jìn)了單光子成像在現(xiàn)實(shí)場景中的應(yīng)用。

該研究工作得到山西省科技重大專項(xiàng)計(jì)劃（202201010101005）的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41377-025-01878-y