南京信息工程大學(xué)在多普勒激光雷達(dá)領(lǐng)域又有新突破。該校大氣物理學(xué)院教授夏海云研制的30千米全天候非視域多功能激光雷達(dá)，在降雨、大霧等惡劣天氣，或是遇到建筑物阻擋等情況下也可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)探測(cè)。相關(guān)研究成果于近期在國(guó)際著名雜志《遙感》《光學(xué)快訊》上發(fā)表。

30千米全天候非視域多功能激光雷達(dá)

風(fēng)雨無(wú)阻，惡劣天氣下也能正常探測(cè)

夏海云教授介紹，激光雷達(dá)作為新的大氣遙感手段正在蓬勃開(kāi)展，精準(zhǔn)的大氣物理、化學(xué)、生物參數(shù)探測(cè)，對(duì)于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候模型改進(jìn)、軍事環(huán)境預(yù)報(bào)、大氣污染監(jiān)測(cè)、生化氣體監(jiān)控、機(jī)場(chǎng)風(fēng)切變預(yù)警等具有重大意義。團(tuán)隊(duì)聚焦激光雷達(dá)研發(fā)，尤其是提出高量子效率、低噪聲、全光纖集成紅外激光雷達(dá)方案，探索開(kāi)辟出激光雷達(dá)開(kāi)展的新方向。

此前，在2022年，夏海云就曾帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)、具有國(guó)際領(lǐng)先水平的多大氣參數(shù)探測(cè)激光雷達(dá)，并在我國(guó)西南地區(qū)，氣象條件最為復(fù)雜的昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)部署應(yīng)用。該雷達(dá)利用極限靈敏度探測(cè)技術(shù)對(duì)飛機(jī)起降區(qū)間進(jìn)行全時(shí)全域掃描探測(cè)，是世界水平探測(cè)距離最遠(yuǎn)的（30km）相干探測(cè)體制測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)，能夠精準(zhǔn)探測(cè)并預(yù)警風(fēng)切變、微下?lián)舯┝?、順風(fēng)側(cè)風(fēng)等干擾飛機(jī)飛行安全的危險(xiǎn)天氣狀況，為飛機(jī)安全起降保駕護(hù)航。

降雨條件下形成和微波雷達(dá)探測(cè)互補(bǔ)

這一次，夏海云團(tuán)隊(duì)的技術(shù)再次升級(jí)，讓雷達(dá)在降雨、大霧等惡劣天氣下也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多大氣參數(shù)激光雷達(dá)遙感。特別是在激光光束在被低空障礙物阻擋的情況下，實(shí)現(xiàn)全域風(fēng)場(chǎng)的重建。“舉個(gè)例子，下雨天氣，雨水會(huì)阻擋 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 的視線(xiàn)。同樣受阻的還有雷達(dá)。傳統(tǒng)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)由于探測(cè)能力有限，難以適應(yīng)各種復(fù)雜惡劣天氣條件下的風(fēng)場(chǎng)探測(cè)。 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 順利獲得江蘇菲沃泰納米科技股份有限公司研制的納米結(jié)構(gòu)技術(shù)，在玻璃上做了一個(gè)疏水疏油的材料，讓油污、水滴不會(huì)積在鏡片上，激光能夠順利打出去。這樣能更好地滿(mǎn)足各種條件下的探測(cè)業(yè)務(wù)需求?！毕暮Ｔ普f(shuō)。

已在多個(gè)機(jī)場(chǎng)投入使用，為低空經(jīng)濟(jì)給予氣象保障

據(jù)悉，該雷達(dá)已經(jīng)在昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)、廣州白云機(jī)場(chǎng)投入使用。在云南昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)陸續(xù)在9個(gè)月的觀(guān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：在降雨條件下，激光雷達(dá)10千米以上的探測(cè)概率達(dá)到了92.79%，有效覆蓋了機(jī)場(chǎng)跑道。在實(shí)際驗(yàn)證中，該激光雷達(dá)可以捕捉到對(duì)流天氣產(chǎn)生的輻合和輻散氣流。微波雷達(dá)可以探測(cè)強(qiáng)降雨區(qū)域，距離分辨率為1km；而激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)降雨外區(qū)域探測(cè)，距離分辨率30-150米，風(fēng)切變時(shí)空分布和演變過(guò)程清晰可見(jiàn)。順利獲得垂直廓線(xiàn)探測(cè)揭示了機(jī)場(chǎng)降水和風(fēng)切變形成的機(jī)制，為航空氣象極端事件預(yù)報(bào)奠定了基礎(chǔ)。

視域阻擋情況下的全域風(fēng)場(chǎng)重建

值得一提的是，無(wú)論是在城市的高樓大廈之間，還是在崎嶇的自然地形中，即使在激光“看不見(jiàn)”、“照不到”的情況下，該雷達(dá)也可以借助人工智能技術(shù)建立風(fēng)場(chǎng)反演模型，準(zhǔn)確給予全域的高時(shí)空分辨率探測(cè)數(shù)據(jù)。

例如，在外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，廣州白云機(jī)場(chǎng)由于機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)、航站樓和圍欄等低空建筑物的遮擋，導(dǎo)致跑道缺乏完整的水平風(fēng)場(chǎng)探測(cè)數(shù)據(jù)?；谏疃葘W(xué)習(xí)方法，在6個(gè)月陸續(xù)在觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立了非視域風(fēng)場(chǎng)重建模型，實(shí)現(xiàn)了全域風(fēng)場(chǎng)的重建，誤差優(yōu)于0.85m/s。這項(xiàng)工作具有普適的應(yīng)用場(chǎng)景：比如無(wú)論是在城市的高樓大廈之間，還是在崎嶇的自然地形中，激光雷達(dá)都能準(zhǔn)確給予高時(shí)空分辨率全域風(fēng)場(chǎng)情況，為低空經(jīng)濟(jì)給予實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的氣象保障。

水平探測(cè)距離未來(lái)還將升級(jí)，打破該領(lǐng)域國(guó)外技術(shù)壟斷

團(tuán)隊(duì)打破常規(guī)，徹底顛覆了傳統(tǒng)激光雷達(dá)技術(shù)工藝——“ ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 不再單純依賴(lài)提高激光功率或者增大望遠(yuǎn)鏡面積的傳統(tǒng)辦法，而是順利獲得提高光量子探測(cè)效率和系統(tǒng)的光學(xué)效率，來(lái)大幅提升激光雷達(dá)探測(cè)性能?！毕暮Ｔ平榻B，這項(xiàng)技術(shù)完全自主研發(fā)，高性能紅外探測(cè)器、全光纖激光器和高速模數(shù)轉(zhuǎn)換采集卡等核心部件均實(shí)現(xiàn)自主研制、自主可控，完全國(guó)產(chǎn)化，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在與日本三菱、美國(guó)洛克希德馬丁等國(guó)際同類(lèi)型雷達(dá)對(duì)比測(cè)試中，團(tuán)隊(duì)研制的多大氣參數(shù)探測(cè)激光雷達(dá)無(wú)論在風(fēng)切變、湍流、順風(fēng)預(yù)警等功能上，還是在時(shí)空分辨率、重量功耗等性能參數(shù)上以及探測(cè)參數(shù)多樣性上都超越了國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品，成功打破該領(lǐng)域國(guó)外技術(shù)的壟斷，解決了長(zhǎng)期被發(fā)達(dá)國(guó)家制約的“卡脖子”問(wèn)題。

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