第36讲-电子成像技术模板

第36讲电子成像技术张凯博士教授

计算机科学技术系

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邮件：lifo@public.wh.hb一、什么是电子显微镜二、什么是射电望远镜三、射电望远镜简史和现状四、雷达一、什么是电子显微镜1.电子显微镜

电子显微镜（electronmicroscope），简称电镜，是运用电子来展示物件的内部或表面的显微镜。

2.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，并获得了放大十几倍的图像，独创的是透射电镜，证明白电子显微镜放大成像的可能性。1932年，经过鲁斯卡的改进，电子显微镜的辨别实力达到了50纳米，约为当时间学显微镜辨别本事的十倍，突破了光学显微镜辨别极限，于是电子显微镜起先受到人们的重视。20世纪40年头，美国的希尔用消像散器补偿电子透镜的旋转不对称性，使电子显微镜的辨别本事有了新的突破，逐步达到了现代水平。20世纪70年头，透射式电子显微镜的辨别率约为0.3纳米(人眼的辨别本事约为0.1毫米)。1958年中国研制成功透射式电子显微镜，其辨别本事为3纳米，1979年又制成辨别本事为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辨别本事可达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1.射电望远镜射电望远镜（radiotelescope）是指观测和探讨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.基本原理经典射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜相像，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10～1000倍，并变换成较低频率(中频)，然后用电缆将其传送至限制室，在那里再进一步放大﹑检波，最终以适于特定探讨的方式进行记录﹑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1.射电望远镜历史1931年美国新泽西州贝尔试验室的KG·杨斯基发觉：有一种每隔23小时56分04秒出现最大值的无线电干扰。他经过细致分析断言：这是来自银河系中射电辐射。由此，杨斯基开创了用射电波探讨天体的新纪元。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，英国曼彻斯特高校起先建立直径66.5米的固定抛物面射电望远镜，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﹑荷等国也竞相建立大小不同和形式各异的早期射电望远镜。60年头以来，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独创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年头，随着射电技术的发展和提高，人们探讨成功了射电干涉仪，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，极大地提高了辨别率。20世纪60年头末至70年头初，不仅建成了一批技术上成熟﹑有很高灵敏度和辨别率的综合孔径射电望远镜，还独创了有极高辨别率的甚长基线干涉仪这种所谓现代射电望远镜。上世纪80年头以来，欧洲的VLBI网﹑美国的VLBA阵﹑日本的空间VLBI相继投入运用，这是新一代射电望远镜的代表，它们的灵敏度﹑辨别率和观测波段上都大大超过了以往的望远镜。2.现状与展望今日射电的辨别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便利的成像实力，综合孔径射电望远镜相当于工作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或许只能有少量增加，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、我国的电望远镜为实现跨越式发展，中国天文界提出建立世界最大的500米口径球面射电天文望远镜（FAST）。它具有3项自主创新：利用贵州自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；接受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，开创了建立巨型射电望远镜的新模式。FAST设计图和被选的基坑四、雷达1.雷达雷达概念形成于20世纪初。雷达是英文radar的音译，为RadioDetectionAndRanging的缩写，意为无线电检测和测距，是利用微波波段电磁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，但基本形式是一样的，包括五个基本组成部分：放射机、放射天线、接收机、接收天线以及显示器。还有电源设备、数据录用设备、抗干扰设备等协助设备。2.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、武器限制雷达、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

1842年多普勒（ChristianAndreasDoppler）领先提出多普勒式雷达。1904年侯斯美尔（ChristianHülsmeyer）独创电动镜（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人独创全息矩阵雷达，雷达在有条不紊的发展。70年头以后，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，提高了牢靠性。4.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,总是伴随着须要新工艺、新元器件和新材料的相应突破。

5.中国雷达

中国的雷达技术从50年头初才起先发展起来。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