中國科學技術(shù)大學地球和空間科學學院教授薛向輝團隊在相干測風激光雷達系統(tǒng)研制方面取得重大突破，首次實現(xiàn)空間分辨率3米、時間分辨率0.1秒的風場探測。據(jù)悉，這是迄今為止有報道的全球最高精度的風場連續(xù)探測。相關(guān)成果發(fā)表在國際知名光學期刊《光學快報》。

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(shù)值天氣預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(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，大大提高了風場反演精度和穩(wěn)健性，最終實現(xiàn)了一套全國產(chǎn)化的“產(chǎn)品級”測試樣機。

據(jù)介紹，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。

通過外場對比試驗，該雷達樣機風場觀測結(jié)果與定標設(shè)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(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)，與計算流體力學模擬結(jié)果高度一致。

審稿人認為，“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”。