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南信大激光雷達科研再突破:惡劣條件下也能遙感無阻,打破國外技術壟斷

:2024年04月11日 揚子晚報網
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記者從南信大了解到,南京信息工程大學在多普勒激光雷達領域又有新突破。該校大氣物理學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,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...

記者從南信大了解到,南京信息工程大學在多普勒激光雷達領域又有新突破。該校大氣物理學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,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現精準探測。相關研究成果于近期在國際著名雜志《遙感》《光學快訊》上發表。

30千米全天候非視域多功能激光雷達

風雨無阻,惡劣天氣下也能正常探測

夏海云教授介紹,激光雷達作為新的大氣遙感手段正在蓬勃發展,精準的大氣物理、化學、生物參數探測,對于數值天氣預報、氣候模型改進、軍事環境預報、大氣污染監測、生化氣體監控、機場風切變預警等具有重大意義。團隊聚焦激光雷達研發,尤其是提出高量子效率、低噪聲、全光纖集成紅外激光雷達方案,探索開辟出激光雷達發展的新方向。

此前,在2022年,夏海云就曾帶領團隊自主研發、具有國際領先水平的多大氣參數探測激光雷達,并在我國西南地區,氣象條件最為復雜的昆明長水國際機場部署應用。該雷達利用極限靈敏度探測技術對飛機起降區間進行全時全域掃描探測,是世界水平探測距離最遠的(30km)相干探測體制測風激光雷達,能夠精準探測并預警風切變、微下擊暴流、順風側風等干擾飛機飛行安全的危險天氣狀況,為飛機安全起降保駕護航。

降雨條件下形成和微波雷達探測互補

這一次,夏海云團隊的技術再次升級,讓雷達在降雨、大霧等惡劣天氣下也能實現遠距離、多大氣參數激光雷達遙感。特別是在激光光束在被低空障礙物阻擋的情況下,實現全域風場的重建?!芭e個例子,下雨天氣,雨水會阻擋我們的視線。同樣受阻的還有雷達。傳統測風激光雷達由于探測能力有限,難以適應各種復雜惡劣天氣條件下的風場探測。我們通過江蘇菲沃泰納米科技股份有限公司研制的納米結構技術,在玻璃上做了一個疏水疏油的材料,讓油污、水滴不會積在鏡片上,激光能夠順利打出去。這樣能更好地滿足各種條件下的探測業務需求?!毕暮T普f。

已在多個機場投入使用,為低空經濟提供氣象保障

據悉,該雷達已經在昆明長水機場、廣州白云機場投入使用。在云南昆明長水機場連續9個月的觀測統計結果顯示:在降雨條件下,激光雷達10千米以上的探測概率達到了92.79%,有效覆蓋了機場跑道。在實際驗證中,該激光雷達可以捕捉到對流天氣產生的輻合和輻散氣流。微波雷達可以探測強降雨區域,距離分辨率為1km;而激光雷達可以實現強降雨外區域探測,距離分辨率30-150米,風切變時空分布和演變過程清晰可見。通過垂直廓線探測揭示了機場降水和風切變形成的機制,為航空氣象極端事件預報奠定了基礎。

視域阻擋情況下的全域風場重建

值得一提的是,無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”、“照不到”的情況下,該雷達也可以借助人工智能技術建立風場反演模型,準確提供全域的高時空分辨率探測數據。

例如,在外場實驗中,廣州白云機場由于機場塔臺、航站樓和圍欄等低空建筑物的遮擋,導致跑道缺乏完整的水平風場探測數據?;谏疃葘W習方法,在6個月連續觀測數據的基礎上,建立了非視域風場重建模型,實現了全域風場的重建,誤差優于0.85m/s。這項工作具有普適的應用場景:比如無論是在城市的高樓大廈之間,還是在崎嶇的自然地形中,激光雷達都能準確提供高時空分辨率全域風場情況,為低空經濟提供實時精準的氣象保障。

水平探測距離未來還將升級,打破該領域國外技術壟斷

團隊打破常規,徹底顛覆了傳統激光雷達技術工藝——“我們不再單純依賴提高激光功率或者增大望遠鏡面積的傳統辦法,而是通過提高光量子探測效率和系統的光學效率,來大幅提升激光雷達探測性能?!毕暮T平榻B,這項技術完全自主研發,高性能紅外探測器、全光纖激光器和高速模數轉換采集卡等核心部件均實現自主研制、自主可控,完全國產化,擁有自主知識產權。在與日本三菱、美國洛克希德馬丁等國際同類型雷達對比測試中,團隊研制的多大氣參數探測激光雷達無論在風切變、湍流、順風預警等功能上,還是在時空分辨率、重量功耗等性能參數上以及探測參數多樣性上都超越了國際同類產品,成功打破該領域國外技術的壟斷,解決了長期被發達國家制約的“卡脖子”問題。

實習生 張亦寧

揚子晚報/紫牛新聞 楊甜子

校對 盛媛媛

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文:王振袢&發表于江蘇
關鍵詞: 記者 了解到 南京 信息 工程

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