杰出创新团队-激光雷达探测

  • 发布时间:[2017-12-01] 来源:[学院] 点击量:[2187]

       一、团队信息
       团队名称:激光雷达探测
       领    域:大气探测与大气物理
       建设单位:武汉大学电子信息学院
       负 责 人:易帆
       设立时间:2016年9月
       团队简介:团队通过大气遥感探测与实验分析相结合,将空间物理、雷达技术、光学、电路和自动控制等不同学科背景的科研人员聚集在一起,形成了目标明确、团结高效、综合实力雄厚的空间物理创新团队。团队负责人易帆教授长期从事大气遥感探测研究,主持研制出多台探测能力位居世界前列的激光雷达系统,获评国家杰出青年科学基金和“长江学者”特聘教授,在国家自然科学基金地球科学部过去30年内获得经费排行榜中名列33。团队成员均拥有博士学位,其中包括1名教授、1名副教授、1名工程师和1名讲师。团队致力于自主研发新的激光雷达遥感探测设备和技术,已成功研制出9种不同类型的激光雷达系统并开展了空间大气观测研究,揭示出前人尚未发现的现象,从新现象中读出的物理正推动对空间大气环境的认知。近五年获批国家自然科学基金委的创新研究群体项目2项、重大科研仪器设备研制专项资助项目1项及其它项目多项。近五年发表SCI论文53篇。
       二、团队建设目标
       瞄准国际激光雷达探测技术的前沿,研发高分辨光谱分析技术,研制新的遥感探测设备。根据科学目标设计并实现各种综合探测模式,发现新的现象,揭示新的特征,寻求不同现象之间的关联,努力作出重要的原创性科研工作,推动对中高层大气中基本物理过程和相关的低层大气行为的理解,并能为国家航天/航空环境保障提供技术和数据服务。
       三、团队主要研究方向
       发展新的激光雷达遥感探测技术,研制出全新的测量大气温度和气溶胶的激光雷达系统,开展云和气溶胶微物理过程的综合观测,研究中、高层大气环境和低层大气环境的关系,理解所发生的基本物理和化学过程。
       四、团队发展规划
       研究中、高层大气环境以及与低层大气环境的相互影响,理解该区域发生的基本物理和化学过程,对于航天、国防以及地球生物圈的安全是至关重要的。基于过去的工作基础,团队将发展新的激光雷达遥感探测技术,设计并构建由多台激光雷达组成的多参量协调观测系统,开展中、高层大气和低层大气同时观测研究,认识观测现象的物理本质。主要进行以下创新研究:
       1、采用大/小双望远镜分层接收技术,将纯转动拉曼测温激光雷达测量的高度范围从现有的5-30km拓展到0.3-35km。按照我们对拉曼测温激光雷达技术现状的了解,它将是世界上第一台能高精度测量从近地表到35km大气温度剖面的激光雷达,预计它能同时展现整个对流层和中低平流层的温度结构和变化,为我国的空间大气环境研究作出贡献。
       2、基于团队在拉曼激光雷达技术和光谱仪设计与制作上的技术积累,将研制世界上第一台能提取两个单支拉曼谱线的纯转动拉曼激光雷达(原理性实验已完成),在去掉现今普遍采用的人为假定条件下,可完成气溶胶后向散射系数和消光系数的测量。
       3、在未来四年里,还可望研制出世界第一台适合探测大气三相水(水汽、液水和冰晶)的新型拉曼激光雷达,为观测研究云的微物理和宏观性质以及云和气溶胶相互作用提供有效探测工具。为了配合国家的雾霾治理,团队已进行的武汉地区气溶胶激光雷达观测研究将深入展开,多台激光雷达将投入该项工作。本方向预期目标是,瞄准国际激光雷达探测技术的前沿,研发高分辨光谱分析技术,研制新的遥感探测设备,拓展现有激光雷达的探测能力。根据科学目标设计并实现各种综合探测模式,发现新的现象,揭示新的特征,寻求不同现象之间的关联,努力作出重要的原创性科研工作,推动对中高层大气中基本物理过程和相关的低层大气行为的理解。
       4、团队现已完全掌握空间外差光谱技术原理、设计和制作,已成功研制出测量940nm附近水汽吸收带空间外差光谱仪系统样机。以此为基础,将空间外差光谱仪可测光谱区拓展为自可见光至近红外1700nm范围,完全覆盖水汽、二氧化碳等温室气体的主要吸收带,满足地基及星载观测中观测目标多样化的需求。同时,在已有技术基础上,研制出稳定可靠的实时遥测大气中水汽和二氧化碳含量的空间外差光谱仪系统。
       五、团队特色和创新之处
       团队通过中高层大气遥感探测、实验分析和数值模拟相结合,将空间物理、雷达技术、光学、电路和自动控制等不同学科背景的科研人员聚集在一起,形成了目标明确、团结高效、综合实力雄厚的空间物理创新团队。团队一直致力于研发新的激光雷达探测手段,试图以新的视角和仪器配置探寻前人尚未观测到的现象,从而认识所发生的基本物理过程。目前已成功研制出9种功能各异的激光雷达并开展了空间大气观测研究,揭示出了前人尚未发现的现象,从新现象中读出的物理正推动对空间大气环境的认知。团队建设的武汉大气遥感国家野外科学观测研究站已经成为我国的大气环境监测与研究基地之一,在国际上已经占有一席之地。因此,团队特色和创新之处在于:不仅是面向重大装备/仪器研发的团队,而且是能解决共性科学基础和前沿技术问题的团队。可以通过自主研发先进的激光雷达及其他仪器,自主开展探测,可以产生重要原创性科学结果,进而形成具有国际竞争力的空间物理创新团队。
       六、团队建设预期成果
       1、研制世界上第一台能提取两个单支拉曼谱线的纯转动拉曼激光雷达(原理性实验已完成),使团队不用参考温度标定直接推导大气温度剖面,并去掉现今普遍采用的人为假定,实现气溶胶后向散射系数的精准测量(全新的温度/气溶胶测量方法)。
       2、研制世界第一台适合探测大气三相水(水汽、液水和冰晶)的新型拉曼激光雷达(原理性实验已完成),为观测研究云的微物理和宏观性质以及云和气溶胶相互作用提供有效探测工具。
       3、研制世界上第一台能高精度测量0.3-35km大气温度剖面的激光雷达,预计它能同时展现整个对流层和中低平流层的温度结构和变化。
       4、研制出能够分别探测1320-1380nm水汽强吸收带及1550-1600nm二氧化碳吸收带光谱的地基空间外差光谱仪样机各一台;利用两台样机进行日常常规观测,获取水汽(1320-1380nm)、二氧化碳(1550-1600nm)吸收带内分辨率优于0.5cm-1的吸收谱数据。目前国内还没有投入业务化运行的空间外差光谱仪,本项目的研究将使团队掌握空间外差光谱仪在大气探测中应用的关键技术。为我国星载空间外差光谱仪的发展奠定基础,为我院争取大气遥感、天文观测等需要高分辨率的光谱分析应用领域的项目打下基础。
       在以上研究基础上,团队将争取发表SCI一、二区论文、影响影子大于15的期刊论文或(国际)发明专利,以此申报国家级科技三大奖,争取再次主持国家基金委重大仪器专项项目、或主持国家自然科学基金委重点项目、或国际合作项目。 


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