中國科大實現迄今為止最高精度風場連續探測

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測風激光雷達的封裝樣機 課題組供圖 

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“看的遠、看的細，測的快、測的準”的高時空分辨測風激光雷達，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，大大提高了風場反演精度和穩健性，最終實現了一套全國產化的“產品級”測試樣機。

據介紹，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。

通過外場對比試驗，該雷達樣機風場觀測結果與定標設備對比誤差小于0.5米每秒。

為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。

審稿人認為，“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”。

地球和空間科學學院博士研究生梁晨為該文第一作者，王沖副研究員和薛向輝教授為論文共同通訊作者。