激光雷达

 

     黄建平团队成功独立研制出国内首台具有自主知识产权的、世界一流水平的多波段拉曼-荧光激光雷达系统,该系统集成激光遥感技术、偏振技术、拉曼技术及荧光技术等多种先进探测技术,总体技术水平达到国际一流。该系统能够实现对大气状态的高精度探测,可应用于环境监测、大气科学、医疗气象、生态环境以及卫星校正等多个领域。申请发明专利2 项、实用新型专利2 项。

 

 

 

激光雷达大气遥感实验室

 

  激光雷达大气遥感实验室长期致力于开展先进激光雷达技术在大气遥感与环境监测的前沿研究,主要为研制激光雷达系统、开发反演算法及深入研究其在大气探测领域的应用。近年,实验室在团队负责人黄建平教授的带领下,在激光雷达系统研制等方面取得多项重要进展。目前,相关工作已发表SCI论文30余篇,获批国家发明专利2项,国家实用新型专利7项。承担国家重大科学研究项目、国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学重点项目等国家级项目20余项。

 

 

(一)多波段拉曼-荧光激光雷达系统


  2014年1月,实验室成功研制我国自主知识产权的首台多波段拉曼-荧光激光雷达。该套激光雷达系统总共有38个通道的激光回波信号,可同时探测355nm和532nm垂直和水平偏振米散射信号、607nm和660nm波段的氮气和水汽拉曼信号,以及32通道微弱大气荧光信号。系统集成激光遥感技术、偏振技术、拉曼技术和荧光技术等多种先进探测手段于一体,以微弱信号提取探测、高精度分光探测、多通道信号抗干扰和荧光光谱信号检测等关键技术为核心。其主要用途在于全球气候变化等前沿科学研究,雾霾等大气复合污染探测及预警,为医疗气象提供宝贵观测数据,生化战剂监测与预警。该激光雷达系统尚属国内首台、国际第二台,总体技术水平达到世界一流。类似的关键核心技术,美国和加拿大仅应用于军事研究。


  系统研制成功后,使我校激光雷达系统研制水平有了质的跨越。同时,也引起国内外同行的密切关注与重视。先后有多位领导和同行莅临实验室指导和参观,并得到外国激光雷达权威专家的认可。2014年和2016年春季,实验室组织多波段拉曼-荧光激光雷达系统联合其他大气观测和采样设备分别在甘肃的河西走廊和河北的张北县进行了主题为“人为沙尘”和“生物气溶胶”的野外综合观测实验。两次实验期间,该激光雷达系统表现性能稳定、观测结果可靠、获得第一手的宝贵资料。


(二)大气污染监测与预警的扫描激光雷达系统

 


  实验室积极响应我国政府关于综合整治大气污染的号召。以高新科技手段为切入点,结合实验室主要先进核心技术研发了“大气污染监测与预警的扫描激光雷达系统”。该套系统共有2个通道的激光回波信号,分别为532nm的平行和垂直偏振米散射通道。其不仅能长期、连续、自动的从俯仰和方位等角度对10公里距离范围内的污染物做动态扫描,而且还能对工业园区、居民生活区、厂区的烟囱、锅炉、化工厂、电厂、水泥厂、砖窑厂和交通主干道等重要的点源、线源进行定点定位和走航追踪扫描。以对外来输送污染,高空沉降污染和局地污染源(尤其是夜间污染源)分布,污染物类型、浓度及扩散进行实时、快速、精细和连续的在线监控,为摸清局地空气污染主要因素提供及时、有效、准确的数据支撑,以解决区域污染物时空演变等信息匮乏的局限性。该系统的主要优势在于:(1)可进行大范围的连续、实时、快速、高精度监测;(2)对污染排放源进行非接触式远程监测并跟踪其扩散情况;(3)锁定重点区域,对涉嫌违法超排单位进行定点、全天候监视;(4)为环境监测执法部门提供详实数据;(5)为政府部门大气污染防治、城市规划提供参考和科学依据。


  此外,实时监测大气污染源、形成及扩散规律,结合空气污染模式,开发污染监测预警预报系统,在采取污染防治有效措施方面,可提供:(1)远距监测污染源,遏制偷排乱放现象;(2)制定合理排污方案;(3)研究城市排污通道;(4)有效提高污染预警预报能力等整体解决方案服务。

 

(周天、黄忠伟、史晋森 供稿)