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化工儀器網(wǎng) 時事熱點】精確地大氣風場觀測對提高長期天氣預(yù)報的準確性、風暴預(yù)報的準確性、改進氣候研究模型、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)風場探測系統(tǒng)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(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)風場觀測對激光雷達仍是一個挑戰(zhàn)。比如,為獲取3米和0.1秒時空分辨率的風場觀測結(jié)果,需要將現(xiàn)有激光雷達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、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(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院教授薛向輝團隊通過在激光光源、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進行全面優(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。
研究團隊所做的優(yōu)化大大提高了風場反演精度和穩(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,為了進一步測試雷達觀測性能和環(huán)境適應(yīng)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(jié)構(gòu)。雷達在無人值守下連續(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捕捉到高鐵尾流中類似于馮卡門渦街的風場結(jié)構(gòu),與計算流體力學(xué)模擬結(jié)果高度一致。
相干測風激光雷達系統(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秒的風場探測,是迄今為止有報道的全球最高精度的風場連續(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))