(1)“天剑一号”94GHz毫米波云雷达研究成果
云是气象探测中的一个重要观测对象,绝大部分气象现象都起自于云。例如对云内粒子的演变过程进行探测,则可对天气变化尤其是极端天线(如城市暴雨)提前进行预报,从而避免损失。
重点实验室在国内首次研制成功地基94GHz毫米波云雷达“天剑一号”,该雷达具有波长短、探测精度高、可探测云内粒子及其演变过程。该气象雷达采用了脉冲多普勒(PD)体制,技术上采用了脉冲压缩、收发分离和双极化接收方式,是目前气象雷达中最先进的体制和技术。该雷达可探测距离为12km,既可以探测到云底、云厚、云高、云状和云速等宏观参数,又可以探测到云粒子谱分布、大小、冰水含量等微观参数。该雷达研制中,重点实验室还重点研究了毫米波脉冲大功率合成技术、高隔离度双极化共面天线技术、双通道接收平衡技术、退极化比理论算法、云成像算法等多项关键技术。外场测试结果表明,该94GHz毫米波雷达除了具备高效的云探测能力之外,还具有良好的雾霾探测能力,该雷达对于雾霾监测和提前预警具有重要意义。相关研究成果有20多篇已发表在IEEE等国际期刊上,其中SCI收录5篇,EI收录8篇,授权专利5件。
(2)海洋动力和生态环境要素探测理论方法与遥感应用研究成果
本成果获得2017年江苏省科技进步一等奖。取得主要创新成果如下:
(A)率先揭示了新型干涉与极化雷达海面高风速和海浪遥感机理,建立了以理论建模、系统仿真、信息反演为框架的海洋动力环境要素遥感研究方法体系。
发现了交叉极化雷达微波散射与海面高风速高度相关,且不“饱和”的微波散射特征。揭示了沿轨和交轨干涉雷达海浪成像机理,建立了相位谱与海浪谱非线性模型,发展了干涉雷达参数化海浪谱反演方法。提出了线性极化雷达极化方向调制和倾斜调制传递解析函数,发展了全极化雷达海浪斜率计算模型。发现了同极化与交叉极化通道复极化相关关于海面风向成奇对称的现象,构建了全极化雷达海面风速和风向协同反演模式。
(B)构建了海洋环境灾害探测关键技术,研发了近岸海域波浪观测系统。
发展了双极化雷达台风海面风场信息提取技术,定量获取了台风强度和结构要素,较大程度提高了海面高风速反演精度。建立了全极化雷达海洋溢油和绿潮快速检测模型,得到了准确的溢油和绿潮覆盖面积。提出了X波段雷达海浪场特征参数探测新方法,开发了近岸海域X波段雷达波浪观测系统。
上述成果丰富和发展了海洋环境遥感探测研究的理论与方法,拓展了海洋遥感应用领域,深化了对新型卫星传感器海洋遥感机理的认知,为我国自主海洋卫星进行全球海洋环境探测奠定了坚实的理论基础和技术支撑。
(3)自动气象站信号模拟器研究成果
气象传感器和仪器仪表由于种类和厂家多而分散,气象标准不够完善,从而导致气象仪器研发过程中的产品质量良莠不齐。由重点实验室研制的自动气象站信号模拟器是一款专门为检定自动气象站数据采集器和检测气象要素传感器工作状态而设计的高性能仪器。整个系统包含传感器模拟信号产生子系统、气象要素传感器检测子系统和运行在计算上的上位机管理软件组成。可产生自动气象站中各传感器的模拟电信号( 包括温度、湿度、辐射、蒸发、气压等),可用于气象传感器和仪器仪表的研发、检定。该模拟器系列产品通过中国气象局组织的专家技术鉴定,并获得“中国仪器仪表学会科学技术奖”,成为中国气象局定型产品,由中国气象局在中国气象行业内推广应用。其核心技术“全自动气象观测系统及其校验技术”2015年获江苏省科学科技进步二等奖;相关成果于2015年制定了气象行业标准1项并于2016年获得颁布施行,发表了论文20多篇,其中SCI收录6篇,EI收录10篇,申请专利11项。
(4)北斗导航产品检测研究成果
北斗导航是关系国家安全和民生的产业。由南京信息工程大学、江苏省北斗产业研究院和南京市计量监督检测院三方共建的“江苏省北斗导航产品检测认证中心”,依托重点实验室的相关研究团队和测试实验室,开展北斗卫星导航产品检测和质量标准研究。该检测中心已于2015年底通过了总参测绘导航局(现军委联合参谋部战场环境保障局)资质认定,成为我军北斗卫星导航产品2201质量检测中心,是国家建设的六大检测中心之一,也是设置在高校实验室的两个中心之一。重点实验室下属三个承担检测的专业实验室已拥有国家CNAS和CMA资质。
三年来,重点实验室承担了大量军队和地方北斗相关产品测试和整改工作,为我军军事装备现代化和江苏地方经济发展做出了重要贡献。重点实验室为卫星导航产品检测服务包括天线测量、电磁兼容测量、系统抗干扰测量以及可靠性测量等。重点实验室除承担大量测试工作外,还在卫星导航测量方法和测试标准方面开展科学研究,已发表相关论文15篇,其中SCI收录5篇,获得专利授权4项。
5)空中交通警戒防撞二次雷达(TCAS)相控阵天线研究成果
空中交通警戒防撞二次雷达(TCAS)系统是飞行安全的重要保障,对于防止飞机空中相撞,预测可能发生的危险具有重要作用。重点实验室为国产大飞机研制的空中交通警戒防撞二次雷达(TCAS)相控阵天线,实现了内部电调天线前、后、左、右四个方向的定向辐射以及360度全向辐射,是国际上第三代TCAS二次雷达系统相控阵天线,是TCAS二次雷达系统的一个关键技术。它的研制成功为我国大飞机空中交通警戒二次雷达系统(TCAS)提供了具有完全自主知识产权的国产相控阵天线,填补了国内空白。该项研究成果已于2015年底顺利通过中国电子科技集团第14研究所组织的专家测试验收。相关研究成果已发表在国内外学术期刊上,获得了2项授权专利。