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本报讯 近日，中国科学技术大学科研团队在相干测风激光雷达系统研制方面取得重大突破，首次实现空间分辨率3米、时间分辨率0.1秒的风场探测。这是迄今为止有报道的全球最高精度的风场连续探测。
风，或轻柔和煦，或呼啸猛烈，变化万千，除了是一种自然现象，风也是一种重要的自然资源。对大气风场的精确探测，能给人类生产生活带来诸多帮助，例如助力风力涡轮机等设备的研发、优化，为航空安全气象提供保障，验证天气预报数值模型，开展大气动力学和重力波传播研究等。
目前，国际上众多科研机构和相关组织都正积极开展有关风场探测系统的研究。而此次中国科学技术大学研究团队在相干测风激光雷达系统研制方面，首次实现了空间分辨率3米、时间分辨率0.1秒的风场探测。这是迄今为止有报道的全球最高精度的风场连续探测。
科研人员介绍，米级-亚秒级分辨率的大气风场探测在航空航天安全、高价值目标保障、数值天气预报等方面具有重大意义，但高时空分辨的连续风场观测对激光雷达仍是一个挑战。为获取3米和0.1秒时空分辨率的风场观测结果，需要将现有激光雷达信号检测灵敏度提高2个数量级以上。
为了实现“看得远、看得细，测得快、测得准”的高时空分辨测风激光雷达，科研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，具有人眼安全、设备轻便（整装设备40公斤）、工作稳定、环境适应性强等特点。
为进一步测试雷达观测性能和环境适应性，科研团队在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公里每小时的高铁尾流连续观测。
“这一激光雷达可以实现三维风场探测，获得水平风速、风向、垂直风等一系列高精度的风场信息。”科研人员介绍，该成果的未来应用场景非常广泛，包括在常规气象领域，可用于气象预报、污染监测，在航空航天领域，可用于飞行器起降的保障等。同时，还将助力大气特性等科学研究。
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