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移動端訪問更便捷我國新型雷電成像系統投入應用 首次捕獲負先導通道側向放電現象
2026年07月23日 10:40:07
來源:化工儀器網 作者:宋池 點擊量:1493

中國科學院大氣物理研究所研制的基于FPGA的雷電射頻三維成像系統,實現了放電通道米級精度和亞微秒級時間分辨率的動態偏振探測,并在應用中首次觀測到負先導側向放電等新現象,為雷電預警和防災減災提供了重要技術支撐。
中國科學院大氣物理研究所研發的“基于FPGA的雷電射頻三維成像系統”近期在華北平原、青藏高原及內蒙古等地的野外示范應用中取得多項突破性觀測成果。其中,科研團隊利用該系統首次清晰記錄了閃電負先導通道上的側向再放電現象,并在高海拔地區首次探測到反三極性電荷結構的雷暴云。這些發現為認識雷電始發機制和雷暴內部電荷分布提供了前所未有的直接證據。
這一成像系統正是實現上述觀測的關鍵裝備。據介紹,該系統通過構建甚低頻至甚高頻的寬頻帶協同探測網絡,能夠同時捕捉大尺度放電演變與精細通道結構。具體性能上,低頻段成像的時間分辨率達到微秒級,空間定位精度約40米;甚高頻段則實現了納秒級的時間同步和亞微秒級成像,空間定位精度提升至米級,可對閃電放電過程進行三維動態偏振成像。
在技術層面,團隊突破了傳統單一頻段探測的局限。研發過程中,科研人員將FPGA(現場可編程門陣列)高速處理芯片用于射頻信號的實時采集與處理,解決了寬頻段高信噪比和大動態范圍信號獲取的難題。同時,融合了到達時間差、電磁時間反轉和甚高頻干涉成像等多種定位算法,并引入非共面天線陣列設計和低仰角誤差修正方案,首次將偏振信息納入射頻成像體系。這些創新使系統在時空分辨率和信息豐富度上均顯著優于國際同類設備。
雷電探測長期面臨瞬時性強、時空隨機性大的挑戰——一次閃電過程不足1秒,內部包含多個速度跨數量級的放電子階段,對觀測設備的響應速度和解析能力要求極高。此前國際上常用的雷電定位系統多限于單一頻段,難以兼顧寬覆蓋和高分辨率。新系統的成功研制填補了這一技術空白,目前已完成從實驗室樣機到野外穩定運行裝備的工程轉化。
除基礎科學研究外,該成像系統還可為強雷暴臨近預警提供實時數據支撐,并作為星載閃電成像儀的地面校驗基準。項目已獲得國家發明專利授權11項,相關技術有望提升我國災害性對流天氣的防災減災能力。研究團隊表示,未來將繼續優化系統性能,并推動其在更多典型氣候區域的推廣應用。
資料來源:國家自然科學基金委員會
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