重大突破！全球最高分辨率测风雷达 | 科技袁人

2022-09-19 08:09

导言：

中国科学技术大学团队在相干测风激光雷达方面实现重大突破，首次实现3米和0.1秒的全球最高时空分辨率的高速风场观测。

■ 抖音视频：

https://v.douyin.com/6mXWgtW/

本视频发布于2022年8月2日，点赞量近2.5w

■ 精彩呈现：

最近，人民日报微信报道了一个重大突破，——这文章的标题就叫《重大突破！》。中国科学技术大学团队在相干测风激光雷达方面实现重大突破，首次实现3米和0.1秒的全球最高时空分辨率的高速风场观测，发表在《光学快报》（https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-47-13-3179&id=477123）。

什么叫风场？就是大气中风的分布，即每一点有没有在刮风，如果有的话向什么方向刮，风速是多少。探测风场对航空航天安全、高价值目标保障、数值天气预报等方面都具有重大意义，我们希望它“看的远、看的细，测的快、测的准”。以前还从来没有实现过3米空间分辨率和0.1秒时间分辨率，为此需要把现有的激光雷达信号检测灵敏度提高两个数量级以上。

科大团队通过在激光光源、光学收发系统、高速数据采集电路和数据处理算法上对激光雷达进行全面优化，并在时频分析、脉冲编码基础上提出一种新的反演算法，大大提高了风场反演精度和稳健性，最终实现了一套全国产化的“产品级”测试样机。该雷达工作波长为1550.1纳米，具有人眼安全、设备轻便（40公斤）、工作稳定、环境适应性强等特点（http://news.ustc.edu.cn/info/1055/79715.htm）。

通过外场对比试验，该雷达样机风场观测结果与定标设备对比误差小于0.5 m/s。为进一步测试雷达观测性能和环境适应性，团队利用该雷达在宿州市高铁站实地测量了高速列车尾流中的风场结构。雷达在无人值守下连续稳定工作超过100小时，获得了3米和0.1秒高时空分辨率下的350 km/h的高铁尾流连续观测，并首次利用激光雷达捕捉到高铁尾流中类似于卡门涡街的风场结构，与计算流体力学模拟结果高度一致。

这些成果令人振奋，而媒体没有报的另一个有趣的信息是论文的作者。此文的第一作者是科大地球和空间科学学院的梁晨博士，两位共同通讯作者是薛向辉教授和王冲副研究员。实际上此文还有一位作者是窦贤康院士，曾任科大副校长、副书记，2016年起担任武汉大学校长，同时仍然在科大地空学院与微尺度国家研究中心任职。在他的百度百科科研综述中，第一句就是“窦贤康开拓性地研制成功量子激光雷达，开创了激光雷达探测新途径，在大气污染检测、临近空间环境保障等领域具有广阔的应用前景”。

是的，他们的测风雷达用到了量子技术。具体而言，是用一种单光子频率转换技术，把原本难以探测的光子变成另一个频率的容易探测的光子，从而大大提高了信噪比，把探测距离从以前的2.6公里提高到了8公里。在我的科普书《量子信息简话》中，介绍了这种量子雷达。

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■ 作者简介：本文作者袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

■ 责任编辑：陈昕悦

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来源: qq

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