測風雷達

測風雷達，是用來測量高空風向、風速的雷達。其基本工作方式，是以發射脈衝波和接收從目標返回的脈衝波的方式來跟蹤上升且隨風飄移的氣球，藉以測量氣球在空間中的運動軌跡來確定各高度上自由大氣的風向和水平風速。測風雷達的探測高度可達30km，且不受天氣條件限制，但測角精度低於光學經緯儀，設備龐大。中國氣象部門使用的是國產701測風雷達。

基本介紹

• 中文名：測風雷達
• 外文名： wind-detecting radar
• 描述：測風的專用雷達
• 探測高度：可達30km

測風雷達的基本工作方式，是以發射脈衝波和接收從目標返回的脈衝波的方式來跟蹤上升且隨風飄移的氣球，藉以測量氣球在空間中的運動軌跡來確定各高度上自由大氣的風向和水平風速。

在氣球下懸掛一個能有效反射無線電波的物體即反射靶，根據雷達接收到回波信號的時間來確定氣球的距離，以這種方式工作的稱為一次雷達。當氣球下懸掛的是應答器，在其接到雷達射來的無線電脈衝後，隨即發射出一應答脈衝，雷達根據接收到應答脈衝的時間來確定氣球的距離，以這種方式工作的稱為二次雷達。

一般在懸掛反射靶或應答器的氣球下還同時掛有探空儀，將高空溫度、溫度和氣壓等探測數據以無線電信號發回地面。在測風雷達系統中，還包含有接收這類信號的設備。測風雷達對於示蹤目標物的位置有較高的測量精度。例如國內普遍使用的國產701型測風雷達，測角精度為0.15—0．2°，測距精度為80m，最大探測距離為200km。

測風雷達能自動跟蹤探空氣球。測量以大氣高度為函式的風速、風向，並接收處理探空儀探測的溫度、濕度、氣壓等氣象要素信息。都卜勒雷射測風雷達是方興未艾的1種全新的大氣風場探測手段。但是雷射測風雷達直接測量的是視線方向上的雷射反射光的頻移(視線風速)。在這個基礎上，雷射雷達還必須能夠獲得多方位的風速數據才能夠反演出風場。這就需要相應的光學掃描系統，它在保證發射、接收視場重疊的前提下，控制雷射束投射到指定的方向，使雷射雷達獲得不同視線角度的風速數據。介紹的雷射雷達測風系統中的光學掃描部分實現了以上要求，在水平旋轉和俯仰控制上的精度都達到了<0。5°。完全能夠滿足雷射測風系統的實用需要。

都卜勒測風雷達

測風雷達系統，可以提供標準和詳細的測風數據，可在多個高度對風進行測量，且具有很高的解析度，測量高度可達200m或更高。WINDCUBE系統廣泛套用在各個領域：空氣品質輸入軟體模式，氣象短時預報，最佳化空中交通和減少意外事故的發生，在風能方面可以更好的預報風量。WINDCUBE的研製使LIDAR發展進入新紀元。

701雷達

中國最早的59-701測風雷達定型於20世紀60年代末，整體科技水平十分落後。20世紀九十年代，原59-701進行了一系列改造，現代化程度有了一定程度提高。進入二十一世紀，高空探測走向電子化、信息化、高精度、高效率的新時代，古老的701雷達在高科技迅速發展的今天是否還能繼續發揮作用。回答是肯定的。1997年，江西省大氣探測技術中心701雷達大修改進課題組站在現代計算機技術和電子技術發展的全新角度，打破傳統大修模式，套用現代電子技術的設計理念，以信息數位化和微處理技術為核心，尋找到了一條701雷達大修改進的創新之路。1999年由江西大氣探測技術中心中心自主研發的701測風雷達大修改進技術通過了中國氣象局監測網路司組織的驗收，得到了專家的高度評價，認為該技術達到了中國國內同類研究領先水平。克服了技術和經費上的很多困難，依靠團隊集體力量，發揚管天為民、追求卓越的江西氣象人精神，用有限的人力和物力實現了深入複雜的技術改進，在59-701雷達在高空探測裝備換裝過程中開拓了一條新路，讓701測風雷達在未來探空體系中繼續發揮作用提供了可靠的技術支持”。

雷射測風

半導體雷射測風雷達是新型的大氣遙感設備，也是唯一能實現三維大氣風場遙感觀測的有效工具，其工作原理是利用雷射收發系統對空氣中的粒子散射回波信息進行採集，再通過分析計算這些測量數據，直接得到高解析度、高精度的實時三維風場數據。解決了嚴重影響航空安全的航空領域低空風切變檢測難題，可以被廣泛套用在氣象、環保、國防、機場等領域。

利用自行研製的半導體雷射大氣採集感測器，結合各種數據處理和伺服控制系統，快速精確、高解析度地實現了對不同高度的大氣風場遙感探測，而且可根據綜合數據給出所測空間內的立體大氣風場信息，這些大氣風場數據可以極大地提高軍用及民用區域數值天氣預報的準確性、尤其在軍用和民用航空領域、地對空等有著廣泛的套用前景。

雷射雷達

奧帆賽期間，由中國自主研發的中國國內第一台可移動都卜勒測風雷射雷達將投入使用，為奧帆賽提供高精度的賽場海表面的風速、風向信息，使用雷射雷達測風，這在奧運會歷史上尚屬首次。同樣是由青島人自主研製的奧帆賽184艘工作艇和5台海上浮標已經提前“入駐”奧帆基地。這些“高科技”都凝聚著青島科研人員的心血。

雷射一掃可“看清”300公里範圍內降水：奧帆賽對氣象條件的要求非常高，帆船比賽要求風力持續在3m/s至20m/s之間。在一輪比賽內，若風向擺動大於50°或能見度小於1500米或遇到雷雨等天氣，都要停賽。由中國海洋大學和中國電子科技集團第十四研究所聯合研製的、造價1000萬元的中國第一台車載可移動測風雷射雷達投入奧帆賽氣象服務後，可以實時觀測賽場風的平面分布，雷射束一掃，就能探測到300公里範圍內的暴雨、冰雹、大面積降水等。測風雷射雷達技術用於比賽氣象服務，這在百年奧運史上尚屬首次。7月29日，記者來到這項技術的誕生地——— 中國海洋大學海洋遙感教育部重點實驗室，實驗室負責人劉智深教授向記者講述了研發過程。

辛苦研發十幾年終站到國際前沿：使用雷射雷達測風，整個過程只需要兩三個人在車內操作就可以，非常便捷。”劉智深教授告訴記者，這樣一台小小的設備卻凝聚著研究人員十幾年的心血。 測風雷射雷達是20世紀八十年代發展起來的一項高新技術。在此之前，國際上一般採用氣象站、微波技術等方法來測風，但這些方法都不完善：氣象站受空間限制較大；微波技術適用於一定範圍的波長，在陰雨情況下監測效果較好，遇到晴朗天氣效果就會大打折扣。雷射雷達可以實現晴空探測，實時提供高精度、高解析度的大氣風場信息，已經成為國際上測量風場的最先進技術。但是目前，只有美國、德國、法國等少數國家掌握這項技術。 從20世紀90年代初，劉智深教授率領的海洋遙感教育部重點實驗室就開始瞄準國際前沿，著力於雷射雷達測風的課題研究。在國家863項目、國家自然科學基金項目、教育部985項目等項目的大力支持下，技術逐漸成熟。2005年，國家氣象局認識到以往的微波技術已經不能滿足氣象需求，中國海洋大學與中國電子科技集團第十四研究所開始聯合研製移動式測風雷射雷達。

奧運史上首用雷射雷達測風：開始研製雷射測風雷達時，特殊的雷射頻率控制系統和掃描轉鏡需要依賴進口，價格十分昂貴，而外國以有軍事應有為由，嚴格限制對亞洲國家的產品出口。經過課題組的艱苦攻關，中國自主研製的設備已經成功套用在測風雷射雷達當中，性能優異，成本也大幅降低了。這台設備是中國第一台能夠快速、高解析度測量大氣三維立體風場的雷射雷達，它能夠為帆船比賽提供高精度的海面風場信息，為比賽氣象保障服務注入更多科技力量。2006年青島國際帆船賽期間，研究人員為帆船賽提供了高精度的海面風場信息，可移式測風雷射雷達的測量結果與同步測量相控陣聲雷達、海面浮標等儀器的測量結果吻合較好，能夠為帆船比賽提供更加可靠的氣象信息服務。在經過2006、2007兩屆國際帆船賽的測試後，市氣象局將此項高新技術設備套用於奧運會，這也是奧運會歷史上首次使用雷射雷達技術測風。

新型測風雷射雷達

2016年11月16日，從中國科大獲悉，該校竇賢康教授課題組夏海雲與潘建偉院士課題組張強經過3年合作，在國際上首次研製出單光子頻率上轉換量子測風雷射雷達，實現大氣邊界層氣溶膠和風場的晝夜連續觀測。該技術為小型星載雷射雷達提供了新思路，為普及高性價比、高穩定性、超小型化的雷射雷達奠定了基礎。
精確的大氣風場探測，對於數值天氣預報、氣候模型改進、軍事環境預報、生化氣體監控、機場風切變預警等具有重大意義。都卜勒測風雷射雷達被公認為全球大氣風場遙感的最佳方法，也是世界氣象組織列出的最具挑戰性的雷射雷達之一。但雷射雷達套用的首要前提是人眼安全，由於光學破壞閾值限制和大口徑望遠鏡加工工藝限制，目前傳統雷射雷達的性能已經達到頂峰。
去年4月，中國科大首次實現單光子頻率上轉換的氣溶膠雷射雷達。今年8月，該校科學家採用全光纖保偏鑒頻器對單光子的頻移進行測量，利用微弱光源、小口徑望遠鏡在國際上首次實現對大氣邊界層風場的探測；11月，他們利用時分復用技術，研製出當前集成度最高的量子測風雷射雷達，不僅簡化了系統結構，還提高了系統穩定性和可靠性，並免於周期性校準。
竇賢康介紹，這種新型測風雷射雷達通過提高光電轉化效率和光學集成度，綜合抑制探測噪聲，實現晝夜連續觀測、輕小防振、低功耗、常溫環境下運行的全光纖保偏結構的雷射雷達系統，不僅能監測大氣污染狀態、實時發現大氣污染源，還能對霧霾的形成和演化進行預報，且適合在機載、艦載、星載等平台的惡劣環境下運行。