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中國科大團隊實現全球最高精度風場連續探測 達空間分辨率3米、時間分辨率0.1秒
2022/7/7 13:50:27 閱讀: 587次
精確地大氣風場觀測對提高長期天氣預報的準確性、風暴預報的準確性、改進氣候研究模型、軍事環境預報、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場的精確測量。因此,各國氣象組織、航空航天研究機構等都積極開展有關風場探測系統的研究。
 
  米級-亞秒級分辨率的大氣風場探測在航空航天安全、高價值目標保障、數值天氣預報等方面具有重大意義,但高時空分辨的連續風場觀測對激光雷達仍是一個挑戰。比如,為獲取3米和0.1秒時空分辨率的風場觀測結果,需要將現有激光雷達信號檢測靈敏度提高2個數量級以上。
 
  為了實現“看得遠、看得細,測得快、測得準”的高時空分辨測風激光雷達,中國科學技術大學地球和空間科學學院教授薛向輝團隊通過在激光光源、光學收發系統、高速數據采集電路和數據處理算法上對激光雷達進行全面優化,并在時頻分析、脈沖編碼基礎上提出一種新的反演算法。
 
  研究團隊所做的優化大大提高了風場反演精度和穩健性,并且最終實現了一套全國產化的“產品級”測試樣機。該雷達樣機工作波長為1550.1納米,具有人眼安全、設備輕便(整裝設備40公斤)、工作穩定、環境適應性強等特點。
 
  同時,為了進一步測試雷達觀測性能和環境適應性,團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場結構。雷達在無人值守下連續穩定工作超過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觀測,并首次利用激光雷達捕捉到高鐵尾流中類似于馮卡門渦街的風場結構,與計算流體力學模擬結果高度一致。
 
  相干測風激光雷達系統研制方面的突破,首次實現了空間分辨率3米、時間分辨率0.1秒的風場探測,是迄今為止有報道的全球最高精度的風場連續探測。國際知名光學期刊《光學快報》的審稿人對該工作給與了高度評價,稱贊“觀測結果是引人注目和印象深刻的”、“迄今為止首次實現連續觀測的高分辨率結果”。
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