国家自然科学奖推荐书-上海大学

一、项目名称：海气界面多平台探测关键技术及装备

二、项目简介

海气界面层内海洋、气象要素变化极为复杂，海气界面的温度、盐度影响着海洋牧场渔业活动，恶劣海况、低能见度等危险天气严重影响着战略通道航行安全，海洋表面大气波导制约着岛礁安全预警平台的效能发挥，海气界面环境的探测直接关系到国家海洋经济发展、海洋战略利益拓展和国防安全。项目针对海气界面环境立体观测体系建设中面临的天基全域探测、船基走航探测、岸基定点探测技术难题，突破多项关键技术，研制系列装备，技术创新为：

1、星载直接相关型全极化微波辐射海面全域探测技术。针对国内星载海面盐度探测装备空白，L波段盐度探测天线尺寸大，难以星载工程化应用，发明了L波段综合孔径辐射测量技术。发明了星载高精度直接全极化微波辐射接收方法。实现了海面风场全极化弱亮温信息的高灵敏度接收，亮温接收灵敏度优于0.25K；发明了相关型全极化微波辐射定标技术，全极化微波辐射计相位定标精度优于0.5°，幅度定标精度优于0.5dB。

2、船基双极化全固态毫米波航线剖面探测技术。针对基于微波回波信号测波定标困难、波浪参数反演精度低的难题，发明了毫米波干涉模式下的浪高直接测量技术和浪向反演技术,发明了Ka频段双极化全固态毫米波云雾探测和能见度反演技术。实现了能见度单点静态探测向水平、垂直和斜视全方位动态监测的转变，信号检测能力提高10dB以上。

3、岸基连续波和亚毫米波定点廓线连续探测技术。针对常规探空气球获取海气界面温湿风廓线存在低空盲区大、时间不连续等问题，发明了调频连续波相控阵超低空风廓线探测技术，将低空风廓线最低有效探测高度由100m降低到10m；针对风廓线回波信号弱、不易提取、易受有源电磁干扰等问题，发明了风廓线弱回波信号提取和抗有源干扰方法，干扰抑制30dB以上，有用信号功率增加13dB以上，研制了岸基亚毫米波大气温湿廓线探测装备，海气界面温湿廓线连续探测时间分辨率达毫秒级。发明点居国内领先水平。

已授权国家（防）发明专利35项，公开或实审发明专利11项。近三年，新增销售额4.67亿元；为国庆阅兵、北京奥运、南海岛礁建设等重大活动提供了有力支撑，取得了重大社会经济效益。获2011 年上海市技术发明一等奖，2015 年上海市科技进步一等奖。

三、客观评价

本项目获国家（防）发明专利授权35 项，公开或实审发明专利11 项，实用新型专利3 项。

1.专利分析报告

“…，海气界面多平台探测关键技术及系列装备项目组在星载高精度直接全极化微波辐射计研究、双极化全固态毫米波云雾和能见度探测领域申请专利数量均为全球第一，是星载高精度直接全极化微波辐射计和双极化全固态毫米波云雾和能见度探测技术的引领者…。“…项目组在国际上最早发明了星载直接相关型全极化微波辐射；…最早发明了超低空连续波风廓线雷达，…”

2.项目评审意见

2014 年3 月18 日，中国气象科学研究院在北京组织召开了“固态毫米波测云雷达”验收会，认为，雷达采用全固态发射机，模块化设计、双通道接收机，具有完备的在线自动标校、故障监测功能，提高了系统的稳定性、可靠性及可维护性，可实现对云和弱降水的长时间连续稳定自动观测。雷达采用单发双收线极化、脉冲多普勒体制，运用多模式联合探测、基于功率谱的信号处理等先进技术，实现了强度、速度和双偏振参量的精确探测。

2017 年3 月13 日，北京市科学技术委员会组织专家，对“低空风切变和尾涡雷达预警探测系统研制”进行了验收，形成验收评审意见如下：课题采用多种新型气象探测装备组网技术和多元气象数据融合技术构建航空危险天气预警系统，对提升我国民航机场运行安全保障能力具有重要意义。

四、推广应用情况

研究成果的系列探测装备能够通过天基、船基、岸基等多平台方式全方位获取海面温度、盐度、风场、海浪、能见度等海洋环境数据，已应用于风云三号卫星微波温度计和海洋二号卫星微波辐射计中，为系统的型号研制和在轨稳定业务化应用奠定了良好的技术基础。风云三号卫星B星、C星、D星（分别于2010年11月、2013年9月以及2017年11月成功发射，国内首次在轨应用。2010年起，微波温度计获取的数据在欧洲数值天气预报系统中得到长期应用，获得好评，是我国首个正式应用于欧洲天气预报系统中的遥感仪器。微波温度计是国内目前完全自主研制的工作频率最高的微波遥感器。2010年11月起，研制的岸基探测装备成功应用于大连国际机场、天津滨海国际机场、宁波北仑港和中国气象科学研究院等百余个单位，并出

口至韩国、巴基斯坦、香港等国家和地区，其中，CFL-03型风廓线雷达被国家气象局和民航机场在业务运行中首次采用。HMB-KSM型雷达是第一部出口的国产毫米波气象雷达。出口至巴基斯坦等“一带一路”国家，为重要岛礁和海外战略支点提供了重要等作战环境参数。完2013年成了与国家卫星气象中心联合进行的航空校飞试验，首次获取了我国第一部机载Ka频段主动式降水观测数据，通过与地面测雨系统的数据比对，验证了雷达测雨的正确性与有效性。应用于国庆65周年阅兵、2008年北京奥运会等重大活动的气象保障工作。本成果近三年累计装备应用军民用户102套。

五、主要知识产权证明目录（不超过10件）

六、主要完成人情况表

1．姓名：陈希

排名：1

行政职务：无

技术职称：教授

工作单位：国防科技大学

完成单位：上海大学

对本项目技术创造性贡献：总计技术组长，项目需求分析，总体设计和成果应用推广；提出了船基双极化全固态毫米波航线剖面探测技术，发明了毫米波干涉模式下的浪高直接测量技术和浪向反演技术；共同提出了星载直接相关型全极化微波辐射海面全域探测技术和岸基连续波和亚毫米波定点廓线连续探测技术。

2．姓名：魏艳强

排名：2

行政职务：无

技术职称：高级工程师

工作单位：北京无线电测量研究所

完成单位：上海大北京无线电测量研究所

对本项目技术创造性贡献：是项目技术开发负责人，在Ka频段双极化全固态毫米波海气界面剖面探测、调频连续波相控阵低空风廓线探测、风廓线雷达信号探测抗有源干扰和微弱信号提取等方面做出了贡献。

3．姓名：陈雪

排名3

行政职务：无

技术职称：副教授

工作单位：上海大学

完成单位：上海大学

对本项目技术创造性贡献：是项目软件技术开发负责人，在调频连续波相控阵低空风廓线探测、风廓线雷达信号探测抗有源干扰和微弱信号提取等方面做出了贡献。4．姓名：毛科峰

排名：4

行政职务：无

技术职称：讲师

工作单位：国防科技大学

完成单位：国防科技大学

对本项目技术创造性贡献：是项目设备开发骨干，负责设备试验、测试和推广应用。在走航波浪观测技术研发等方面做出了贡献。