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精確地大氣風(fēng)場觀測對提高長期天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性、風(fēng)暴預(yù)報的準(zhǔn)確性、改進(jìn)氣候研究模型、軍事環(huán)境預(yù)報、提高國防安全等方面具有重大意義。在航空母艦上，機群的安全升空和著落都依賴周圍大氣風(fēng)場的精確測量。因此，各國氣象組織、航空航天研究機構(gòu)等都積極開展有關(guān)風(fēng)場探測系統(tǒng)的研究。

米級-亞秒級分辨率的大氣風(fēng)場探測在航空航天安全、高價值目標(biāo)保障、數(shù)值天氣預(yù)報等方面具有重大意義，但高時空分辨的連續(xù)風(fēng)場觀測對激光雷達(dá)仍是一個挑戰(zhàn)。比如，為獲取3米和0.1秒時空分辨率的風(fēng)場觀測結(jié)果，需要將現(xiàn)有激光雷達(dá)信號檢測靈敏度提高2個數(shù)量級以上。

為了實現(xiàn)“看得遠(yuǎn)、看得細(xì)，測得快、測得準(zhǔn)”的高時空分辨測風(fēng)激光雷達(dá)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院教授薛向輝團(tuán)隊通過在激光光源、光學(xué)收發(fā)系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)采集電路和數(shù)據(jù)處理算法上對激光雷達(dá)進(jìn)行全面優(yōu)化，并在時頻分析、脈沖編碼基礎(chǔ)上提出一種新的反演算法。

研究團(tuán)隊所做的優(yōu)化大大提高了風(fēng)場反演精度和穩(wěn)健性，并且最終實現(xiàn)了一套全國產(chǎn)化的“產(chǎn)品級”測試樣機。該雷達(dá)樣機工作波長為1550.1納米，具有人眼安全、設(shè)備輕便(整裝設(shè)備40公斤)、工作穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性強等特點。

同時，為了進(jìn)一步測試?yán)走_(dá)觀測性能和環(huán)境適應(yīng)性，團(tuán)隊在安徽省宿州市高鐵站實地測量了高速列車尾流中的風(fēng)場結(jié)構(gòu)。雷達(dá)在無人值守下連續(xù)穩(wěn)定工作超過100小時，獲得了3米和0.1秒高時空分辨率下的350公里每小時的高鐵尾流連續(xù)觀測，并首次利用激光雷達(dá)捕捉到高鐵尾流中類似于馮卡門渦街的風(fēng)場結(jié)構(gòu)，與計算流體力學(xué)模擬結(jié)果高度一致。

相干測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)研制方面的突破，首次實現(xiàn)了空間分辨率3米、時間分辨率0.1秒的風(fēng)場探測，是迄今為止有報道的全球最高精度的風(fēng)場連續(xù)探測。國際知名光學(xué)期刊《光學(xué)快報》的審稿人對該工作給與了高度評價，稱贊“觀測結(jié)果是引人注目和印象深刻的”、“迄今為止首次實現(xiàn)連續(xù)觀測的高分辨率結(jié)果”。

(資料來源：中國新聞網(wǎng))

關(guān)鍵詞： 激光雷達(dá) 空間分辨率 時間分辨率