南信大激光雷达科研再突破：恶劣条件下也能遥感无阻，打破国外技术垄断
记者从南信大了解到，南京信息工程大学在多普勒激光雷达领域又有新突破。该校大气物理学院教授夏海云研制的30千米全天候非视域多功能激光雷达，在降雨、大雾等恶劣天气，或是遇到建筑物阻挡等情况下也可实现精准探测。相关研究成果于近期在国际著名杂志《遥感》《光学快讯》上发表。
30千米全天候非视域多功能激光雷达
风雨无阻，恶劣天气下也能正常探测
夏海云教授介绍，激光雷达作为新的大气遥感手段正在蓬勃发展，精准的大气物理、化学、生物参数探测，对于数值天气预报、气候模型改进、军事环境预报、大气污染监测、生化气体监控、机场风切变预警等具有重大意义。团队聚焦激光雷达研发，尤其是提出高量子效率、低噪声、全光纤集成红外激光雷达方案，探索开辟出激光雷达发展的新方向。
此前，在2022年，夏海云就曾带领团队自主研发、具有国际领先水平的多大气参数探测激光雷达，并在我国西南地区，气象条件最为复杂的昆明长水国际机场部署应用。该雷达利用极限灵敏度探测技术对飞机起降区间进行全时全域扫描探测，是世界水平探测距离最远的（30km）相干探测体制测风激光雷达，能够精准探测并预警风切变、微下击暴流、顺风侧风等干扰飞机飞行安全的危险天气状况，为飞机安全起降保驾护航。
降雨条件下形成和微波雷达探测互补
这一次，夏海云团队的技术再次升级，让雷达在降雨、大雾等恶劣天气下也能实现远距离、多大气参数激光雷达遥感。特别是在激光光束在被低空障碍物阻挡的情况下，实现全域风场的重建。“举个例子，下雨天气，雨水会阻挡我们的视线。同样受阻的还有雷达。传统测风激光雷达由于探测能力有限，难以适应各种复杂恶劣天气条件下的风场探测。我们通过江苏菲沃泰纳米科技股份有限公司研制的纳米结构技术，在玻璃上做了一个疏水疏油的材料，让油污、水滴不会积在镜片上，激光能够顺利打出去。这样能更好地满足各种条件下的探测业务需求。”夏海云说。
已在多个机场投入使用，为低空经济提供气象保障
据悉，该雷达已经在昆明长水机场、广州白云机场投入使用。在云南昆明长水机场连续9个月的观测统计结果显示：在降雨条件下，激光雷达10千米以上的探测概率达到了92.79%，有效覆盖了机场跑道。在实际验证中，该激光雷达可以捕捉到对流天气产生的辐合和辐散气流。微波雷达可以探测强降雨区域，距离分辨率为1km；而激光雷达可以实现强降雨外区域探测，距离分辨率30-150米，风切变时空分布和演变过程清晰可见。通过垂直廓线探测揭示了机场降水和风切变形成的机制，为航空气象极端事件预报奠定了基础。
视域阻挡情况下的全域风场重建
值得一提的是，无论是在城市的高楼大厦之间，还是在崎岖的自然地形中，即使在激光“看不见”、“照不到”的情况下，该雷达也可以借助人工智能技术建立风场反演模型，准确提供全域的高时空分辨率探测数据。
例如，在外场实验中，广州白云机场由于机场塔台、航站楼和围栏等低空建筑物的遮挡，导致跑道缺乏完整的水平风场探测数据。基于深度学习方法，在6个月连续观测数据的基础上，建立了非视域风场重建模型，实现了全域风场的重建，误差优于0.85m/s。这项工作具有普适的应用场景：比如无论是在城市的高楼大厦之间，还是在崎岖的自然地形中，激光雷达都能准确提供高时空分辨率全域风场情况，为低空经济提供实时精准的气象保障。
水平探测距离未来还将升级，打破该领域国外技术垄断
团队打破常规，彻底颠覆了传统激光雷达技术工艺——“我们不再单纯依赖提高激光功率或者增大望远镜面积的传统办法，而是通过提高光量子探测效率和系统的光学效率，来大幅提升激光雷达探测性能。”夏海云介绍，这项技术完全自主研发，高性能红外探测器、全光纤激光器和高速模数转换采集卡等核心部件均实现自主研制、自主可控，完全国产化，拥有自主知识产权。在与日本三菱、美国洛克希德马丁等国际同类型雷达对比测试中，团队研制的多大气参数探测激光雷达无论在风切变、湍流、顺风预警等功能上，还是在时空分辨率、重量功耗等性能参数上以及探测参数多样性上都超越了国际同类产品，成功打破该领域国外技术的垄断，解决了长期被发达国家制约的“卡脖子”问题。
实习生 张亦宁
扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子
校对 盛媛媛