第36讲电子成像技术

1、第第36讲讲 电子成像技术电子成像技术张凯张凯 博士博士 教授教授计算机科学技术系计算机科学技术系电话：电话：6238000262380002邮件：邮件：一、什么是电子显微镜一、什么是电子显微镜二、什么是射电望远镜二、什么是射电望远镜三、射电望远镜简史和现状三、射电望远镜简史和现状四四、雷达雷达一、什么是电子显微镜一、什么是电子显微镜1. 电子显微镜电子显微镜 电子显微镜（electron microscope），简称电镜，是使用电子来展示物件的内部或表面的显微镜。 2. 发展历史发展历史 1931年，德国的M.诺尔和E.鲁斯卡，用冷阴极放电电子源和三个电子透镜改装了一台高压示波器，并获得了放

2、大十几倍的图像，发明的是透射电镜，证实了电子显微镜放大成像的可能性。 1932年，经过鲁斯卡的改进，电子显微镜的分辨能力达到了50纳米，约为当时光学显微镜分辨本领的十倍，突破了光学显微镜分辨极限，于是电子显微镜开始受到人们的重视。 20世纪40年代，美国的希尔用消像散器补偿电子透镜的旋转不对称性，使电子显微镜的分辨本领有了新的突破，逐步达到了现代水平。20世纪70年代，透射式电子显微镜的分辨率约为0.3纳米(人眼的分辨本领约为0.1毫米)。 1958年中国研制成功透射式电子显微镜，其分辨本领为3纳米，1979年又制成分辨本领为0.3纳米的大型电子显微镜。现代世界上最好的透射电子显微镜线分辨本领

3、可达0.14纳米,可摄出某些分子像或原子像。 二、什么是射电望远镜二、什么是射电望远镜1. 射电望远镜射电望远镜 射电望远镜（radio telescope）是指观测和研究来自天体的射电波的基本设备，可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。包括收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录处理和显示系统等。 2.基本原理基本原理经典射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜相似，投射来的电磁波被一精确镜面反射后，同相到达公共焦点。用旋转抛物面作镜面易于实现同相聚焦，因此，射电望远镜天线大多是抛物面。射频信号功率首先在焦点处放大101000倍，并变换成较低频率(中频)，然后用电缆将其传送

4、至控制室，在那里再进一步放大检波，最后以适于特定研究的方式进行记录处理和显示。 美国新墨西哥州的综合孔径射电望远镜甚大天线阵三、射电望远镜简史和现状三、射电望远镜简史和现状1. 射电望远镜历史射电望远镜历史 1931年美国新泽西州贝尔实验室的KG杨斯基发现：有一种每隔23小时56分04秒出现最大值的无线电干扰。他经过仔细分析断言：这是来自银河系中射电辐射。由此，杨斯基开创了用射电波研究天体的新纪元。1937年美国人G雷伯制造成功第一架抛物面型射电望远镜。它的抛物面天线直径为9.45米，可测到了太阳以及其它一些天体发出的无线电波。 1946年，英国曼彻斯特大学开始建造直径66.5米的固定抛物面射

5、电望远镜，1955年建成当时世界上最大的76米直径的可转抛物面射电望远镜。与此同时，澳美苏法荷等国也竞相建造大小不同和形式各异的早期射电望远镜。 60年代以来，相继建成的有美国国立射电天文台的42.7米加拿大的45.8米澳大利亚的64米全可转抛物面美国的直径 305米固定球面工作于厘米和分米波段的射电望远镜以及一批直径10米左右的毫米波射电望远镜。1962年 Ryle 发明了综合孔径射电望远镜并获得了1974年诺贝尔物理学奖。 20世纪50、60年代，随着射电技术的发展和提高，人们研究成功了射电干涉仪，甚长基线干涉仪，综合孔径望远镜等新型的射电望远镜射电干涉技术使人们能更有效地从噪音中提取有用

6、的信号；甚长基线干涉仪通常是相距上千公里的。几台射电望远镜作干涉仪方式的观测，极大地提高了分辨率。20世纪60年代末至70年代初，不仅建成了一批技术上成熟有很高灵敏度和分辨率的综合孔径射电望远镜，还发明了有极高分辨率的甚长基线干涉仪这种所谓现代射电望远镜。 上世纪80年代以来，欧洲的VLBI网美国的VLBA阵日本的空间VLBI相继投入使用，这是新一代射电望远镜的代表，它们的灵敏度分辨率和观测波段上都大大超过了以往的望远镜。2.现状与展望现状与展望今天射电的分辨率高于其它波段几千倍，能更清晰地揭示射电天体的内核；综合孔径技术的研制成功使射电望远镜具备了方便的成像能力，综合孔径射电望远镜相当于工作

7、在射电波段的照相机。 把造价和效能结合起来考虑，今后直径100米那样的大射电望远镜大概只能有少量增加，而单个中等孔径厘米波射电望远镜的用途越来越少。主要单抛物面天线将更普遍地并入或扩大为甚长基线连线干涉仪和综合孔径系统工作。随著设计工艺和校准技术的改进，将会有更多更精密的毫米波望远镜出现。综合孔径望远镜会得到发展以期获得更大的空间时间和频率覆盖。甚长基线干涉系统除了增加数量外，预期最终将能利用定点卫星实现实时数据处理，大大提高，随着低噪音天线设计方法的成熟，把综合孔径技术同甚长基线独立本振干涉仪技术结合起来的甚长基线干涉仪网和干涉仪阵的试验，很可能孕育出新一代的射电望远镜。 3、我国的电望远镜

8、、我国的电望远镜 为实现跨越式发展，中国天文界提出建造世界最大的500米口径球面射电天文望远镜（FAST）。它具有3项自主创新：利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址；洼坑内铺设数千块单元组成500米球冠状主动反射面；采用轻型索拖动机构和并联机器人，实现望远镜接收机的高精度定位。全新的设计思路，加之得天独厚的台址优势，FAST突破了望远镜的百米工程极限，开创了建造巨型射电望远镜的新模式。FAST设计图和被选的基坑四、雷达四、雷达1. 雷达雷达 雷达概念形成于20世纪初。雷达是英文radar的音译，为Radio Detection And Ranging的缩写，意为无线电检测和测距，是利用微波波段电磁

9、波探测目标的电子设备。各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括五个基本组成部分：发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器。还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。2. 雷达分类雷达分类 雷达种类很多，可按多种方法分类：按定位方法可分为有源雷达、半有源雷达和无源雷达。按装设地点可分为地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。按辐射种类可分为脉冲雷达和连续波雷达。按工作被长波段可分米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。按用途可分为目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。 舰船雷达，球形雷达，汽车测速雷达3. 雷达的历史雷达

10、的历史 1842年多普勒（Christian Andreas Doppler）率先提出多普勒式雷达。1904年侯斯美尔（Christian Hlsmeyer）发明电动镜（telemobiloscope），利用无线电波回声探测的装置，防止海上船舶相撞。到1971年加拿大伊朱卡等3人发明全息矩阵雷达，雷达在有条不紊的发展。70年代以后，电子计算机和大规模数字集成电路等技术的出现，并应用到雷达上，使雷达性能大大提高，同时减小了体积和重量，提高了可靠性。4. 发展趋势发展趋势 现代雷达正在向小型化、轻型化和固态化方向发展,一部新型雷达的研制成功,总是伴随着需要新工艺、新元器件和新材料的相应突破。 5. 中国雷达中国雷达 中国的雷达技术从50年代初才开始发展起来。中国研制的雷达已装备军队。中国已经研制成防空用的二坐标和三坐标警戒引导雷达、地空导弹制导雷达、远程导弹初始段靶场测量雷达和再入段靶场测量与回收雷达。中国研制的