1 北京工业大学物理与光电工程学院，北京 100124
2 北京易加三维科技有限公司，北京 102206
3 中国航空制造技术研究院，北京 100024
随着航空航天等行业的快速发展，传统的激光选区熔化（SLM）技术在制造大型复杂结构部件时，面临着成形效率、数量规模和成形尺寸的瓶颈。为了突破这一瓶颈，大幅面多激光粉末床增材制造（LAM-FBF）技术应运而生，该技术通过增加激光束数量等手段，显著提升高效率、高质量、大尺寸零部件的制造能力，为金属增材制造领域带来了重大变革。本文综述了该技术的研究进展，探讨了成形效率提升策略与关键技术，包括新型设备、多激光成形工艺、扫描时序优化以及数值模拟应用等。同时，重点分析了LAM-PBF成形质量的影响因素及缺陷控制策略，主要从风场调控、扫描路径规划与拼接方式等方面进行分析。此外，本文还对该技术的未来发展进行了展望，旨在为相关领域的研究者提供有价值的参考。
大幅面多激光粉末床增材制造 风场设计 缺陷控制 扫描策略 拼接方式 中国激光
2025, 52(20): 2002305
1 上海市生态气象和卫星遥感中心，上海 200030
2 上海市海洋气象台，上海 200030
卫星反演的洋面风场对全球台风灾害监测具有重要的指示意义和实用价值。利用上海市气象局3个海洋浮标站海面风场观测资料以及国内外同类卫星产品，对风云三号E星（FY-3E）的风场测量雷达（WindRAD）产品进行了精度检验，并结合2022年6月至2023年9月影响上海地区的3个台风个例进行了风场产品应用能力评估。结果表明，FY-3E/WindRAD能够较好地刻画台风的基本风圈结构特征；与浮标站实测结果相比，FY-3E/WindRAD风速反演结果基本达到业务化应用的精度要求。与国际同类风场反演结果相比，其台风风圈结构信息和最大风速信息随时间的变化规律具有较好的一致性。研究结果对FY-3E/WindRAD风场产品应用和分析具有重要的参考价值。
洋面风场 产品检验 台风应用 浮标站 FY-3E/WindRAD FY-3E/WindRAD ocean surface wind field product inspection typhoon application buoy station
1 国防科技大学 气象海洋学院，湖南 长沙 410003
2 中国气象局高影响天气（专项）重点开放实验室，湖南 长沙 410003
3 激光与物质相互作用全国重点实验室 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
中高层大气风场与人类生存环境以及航空航天活动关系极为密切，而瑞利散射激光测风雷达在中高层大气风场探测方面具有明显优势。为评估基于双边缘技术的瑞利散射多普勒激光测风雷达探测性能，考虑到激光雷达探测高度范围大，通过对同步观测的激光雷达结果、无线电探空结果和ERA5再分析数据分高度进行比对，统计得到了激光雷达的测量性能。结果表明：在10~31.5 km高度内，无线电探空与再分析数据整体一致性较好，风速偏差在2 m/s以内，风向偏差在5°以内，可作为比对标准评估激光雷达探测性能；激光雷达与无线电探空相比，在11.5~32 km高度范围内，风速偏差小于3 m/s，风向偏差小于10°，风向的随机偏差在20 km高度以上迅速增大；激光雷达与再分析数据相比，在11.5~32 km高度内，整体一致性较好，风速偏差小于3 m/s，在32~38 km高度内，风速偏差小于10 m/s，风向偏差总体在10°以内，二者在45 km高度以下整体趋势一致，45 km高度以上，风速偏差大于25 m/s。
瑞利散射 激光测风雷达 性能比对 中高层大气风场 Rayleigh scatter wind lidar performance comparison middle and upper atmosphere 红外与激光工程
2025, 54(5): 20240563
1 中国人民解放军93213部队，北京 100085
2 南京牧镭激光科技股份有限公司，江苏 南京 210000
3 清华大学精密仪器系，北京 100084
传统的气象监测预报无法满足大气边界层内对气象分布的微尺度、高精度实时监测需求。本团队以相干测风激光雷达等传感设备为感知基础，通过构建复杂地形和建筑相结合的计算流体力学模型，并将感知数据与所构建的模型融合，实现了对某特征区域三维风场的构建。所构建的实时风场模型在运行期间成功捕捉了2024年9月16日“贝碧嘉”台风过境时的风场情况。对构建的风场进行了相关对比和分析，完成了对构建风场精度的评价。分析结果表明，该方法可以对耦合复杂地形和建筑的风场实现微尺度、高精度实时监测。该方法可用于无人机及无人机蜂群控制输入、直升机起降飞行安全保障以及低空经济的微气象保障等场景。
测风激光雷达 低空风场 计算流体动力学 数据融合 中国激光
2025, 52(10): 1010002
1 烟台大学物理与电子信息学院，山东 烟台 264005
2 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，湖北 武汉 430071
3 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
4 中国科学院国家空间科学中心，北京 100190
利用星载光谱成像干涉仪测量O2(a1Δg)日辉的多普勒频移信息是目前实现全球临近空间大气风场探测的先进技术手段，观测谱线O19P18（7 772.030 cm-1）的多普勒频移，可以在40～80 km的空间区域进行高精度和高灵敏度的风速测量，然而其探测精度受大气散射的具体影响尚不明晰。文章旨在分析光稀释效应对临近空间大气风场探测的影响，并对其引起的测风误差进行定量评估。首先介绍了O2(a1Δg)光谱和大气散射的光谱特性。采用最新的HITRAN光谱参数、光化学反应速率常数以及大气模型计算得到O2(a1Δg)不同反应机制的贡献。结合光化学反应速率计算得到O2(a1Δg)的体辐射率，并分析了太阳天顶角对体辐射率分布的影响，基于爱因斯坦系数和谱线强度分别计算得到O2(a1Δg)在不同温度和自吸收效应条件下的光谱辐射模型，并分析了不同地理气象因素对大气散射光谱造成的影响。其次，介绍了临边观测多普勒非对称空间外差光谱仪（DASH）的测量技术原理，描述了如何去除大气散射分量以生成纯净的气辉干涉图，基于DASH仪器概念对获取干涉图像的正演过程进行了阐释。再次，针对反演问题引入了“剥洋葱算法”，在考虑自吸收效应和光稀释效应影响的情况下，消除了目标层上方大气层贡献，解决了干涉图像中目标层信息的提取问题。最后，通过误差分析得到了大气风场探测精度廓线及其随地理气象因素影响的变化规律，证明光稀释效应的存在降低了干涉图对比度并增加了测量噪声，这对临边观测权重和有效信噪比产生了不利影响。研究表明，在45～80 km的切线高度范围内，测风精度受大气散射的影响较小，其误差约为2～3 m·s-1；而在45 km以下，测风精度受光稀释效应的影响随海拔高度的降低而急剧增大，且受地表反照率、气溶胶和云量等因素的影响而显著升高，在同时考虑三种因素影响的情况下，其探测下限最低约为40 km。
临近空间 光稀释效应 测量精度 大气风场 光学仪器 Near space Optical dilution effect Measurement precision Atmospheric wind Optical instrument
1 江西省气候中心，江西 南昌 330000
2 南昌国家气候观象台，江西 南昌 330038
3 巢湖学院 机械工程学院，安徽 合肥 238000
4 安徽蓝科信息科技有限公司，安徽 合肥 230031
5 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
6 深圳市国家气候观象台，广东 深圳 518000
近年来，极端天气频发，对社会、经济及公共生命安全造成严重影响，亟需实时、高时空分辨率的气象观测手段。为应对气象的变化，利用多普勒效应，结合最大似然离散谱峰估计（ML DSP），寻找能量峰值最大值频谱位置，进行风数据的反演，进而研制一款相干测风激光雷达系统，该系统探测距离为50 ~4000 m范围内，时间分辨率达到10 s，垂直分辨率30 m。该系统与探空气球比对结果，风速相关性为0.962，风向相关性为0.96，风速标准偏差为0.93 m/s，风向标准偏差为6.52°。通过该雷达系统进一步在平阴县及北京市的进行长期监测，根据监测数据发现受地形及近地面温度影响，城市近地空1 km高度以内风场变化较大，1 km高度以上的风场变化较小。同时对平阴县及北京市典型过程进行分析，发现相干测风激光雷达能够有效地监测到城市降雨及冷暖空气交汇过程，具有良好的风场连续观测能力及典型天气现象的监测和分析能力。该雷达可用于对城市风场监测，为极端天气变化提供实时、高分辨率的数据，进而为气象监测和极端天气预警提供数据支撑。
激光雷达 相干测风 风场比对 城市风场 lidar coherent wind measurement wind field comparison urban wind farms 红外与激光工程
2025, 54(1): 20240388
中国民用航空局 新疆空管局 气象中心，乌鲁木齐 830016，中国
为了揭示中γ尺度孤立单体雷暴引发的下击暴流的风场结构及成因，采用多源数据结合的方法着重分析了激光雷达资料，对2022-06-25发生在乌鲁木齐机场跑道入口端的一次湿下击暴流进行了结构场剖析，取得了能够表征下击暴流发生发展过程的数据。结果表明，本次过程发生在西北气流控制且有明显风场辐合和冷空气堆积的背景下，中低层切变线和地面中尺度辐合线是此次过程的触发机制；两个气象雷达体扫呈现了孤立雷暴的初生-发展-成熟阶段，及回波中心下降接地引发湿下击暴流的过程；强的不稳定能量是造成此次强天气过程的关键；强降水发生前6 min不稳定能量积攒至最强，随后能量迅速释放，强下沉气伴短时强降水，触发了湿下击暴流；测风激光雷达可观测到雷暴高压始发的中心位置和反气旋特征、大风区和外流边界，明确了高压区域大小和强度变化，对强下沉气流爆发的时间和强度指征明显。这些结果为研究雷暴单体引发下击暴流的结构提供了有力支持，提高了民航精细化服务的能力。
激光技术 湿下击暴流 测光激光雷达 风场结构特点分析 飞行安全 laser technique wet downburst wind LiDAR wind field structure characteristics flight safety
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术研究室，陕西 西安 710119
2 国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心）中国气象局空间天气重点开放实验室，北京 100081
综述了国际上发射成功的星载测风干涉仪载荷的研究现状和进展，涉及法布里-珀罗干涉仪、广角迈克耳孙干涉仪和多普勒差分干涉仪三种技术体制，主要从风场探测技术原理、载荷总体技术方案和观测数据产出应用等方面进行介绍，并探讨中高层大气风场探测光学干涉仪载荷的未来发展趋势，以为我国新一代风云气象卫星体系中大气动力学特性探测载荷的发展和规划提供参考。
大气光学 大气风场 测风干涉仪 光学载荷 光学学报
2024, 44(18): 1800008
1 广州市突发事件预警信息发布中心, 广东 广州 511430
2 广州市气象台, 广东 广州 511430
3 广州市黄埔区气象局, 广东 广州 510700
4 广州市气象局观测预报处, 广东 广州 511430
5 安徽蓝科信息科技有限公司, 安徽 合肥 230031
6 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
7 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230000
精确观测大气风场在气象、**、航空航天等领域具有十分重要的意义。相干测风激光雷达能够实时有效地进行大气矢量风场探测。为此研制出一款基于多普勒原理的相干测风激光雷达，并进行外场观测验证了其性能。该系统可探测垂直上空45～3000 m的水平风场以及垂直气流，最大可探测风速为60 m/s。分析比对了该雷达于2021年10月16日08：00―20日00：00在广州市黄埔区气象局观测的数据与同时段同地点微波风廓线雷达的观测数据，结果表明二者具有良好的一致性。重点分析了2021年10月18日10：00―20日00：00的典型观测数据，进一步验证了该相干测风激光雷达所测数据的准确性。该雷达在风场探测上的应用将为气象参数监测和预报精度的提高以及极端灾害性天气的预警提供实时数据支撑。
激光雷达 多普勒 相干测风 风场比对 lidar Doppler coherent wind measurement wind profile comparison 光子学报
2023, 52(12): 1201001
