保护海洋利器：机载蓝绿激光海洋探测和传输系统

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中科院上海光机所项目获上海市技术发明奖一等奖

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5月19日，中国科学院上海光学精密机械研究所（以下简称：中科院上海光机所）研究员陈卫标作为第一完成人的《机载蓝绿激光海洋探测和传输系统关键技术及应用》项目获颁2019年度上海市技术发明奖一等奖。

海洋资源、生态、海岸带和海岛礁常态化立体调查和监测技术，是提高海洋资源开发利用、海洋生态环境保护和海洋权益维护能力的基础。

我国有18400公里海岸线，海洋国土面积300万平方公里，常规船舶调查或定点监测方式存在效率低、费用高和周期长的问题。现有机载和星载遥感技术只能获取平面信息，无法获得海洋垂直维度的信息。因此，大范围海洋资源、生态和海岛礁调查和监测亟需新的立体遥感技术突破。此外，由于跨介质传输的技术难度，水下海洋环境监测领域长期缺乏高效、高速无线数据传输的手段，直接影响海底观测平台的应用效能。

机载蓝绿激光海洋探测和传输技术是海洋光学参数垂直剖面遥感、跨介质信息快速交互的唯一航空手段。

陈卫标团队瞄准蓝绿激光海洋探测和传输技术瓶颈，发明了光信号动态非线性压缩、光子数可分辨探测、最大比分集多孔径自适应阵列接收和匹配海水最佳透过率的太阳暗线蓝绿脉冲激光等核心技术，拓展海洋穿透深度，抑制太阳背景光和海面波动的干扰，大幅提升了机载蓝绿激光海洋探测和传输技术在真实海况下的适用能力。成功研制机载蓝绿激光近岸测绘、海洋光学参数垂直剖面探测和跨介质信息传输等系列产品，填补了国内空白。

“蓝绿激光是目前唯一可以穿透海气界面、海水，实现大深度传输的光学波段，利用空中机载平台可以实现高效、高精度海洋垂直剖面参数探测和信息传输。”陈卫标告诉《中国科学报》，机载蓝绿激光海洋探测和传输系统可以应用到岛礁与浅海海底地形地貌测绘、航道测量、水下目标探测和海洋生物光学参数测量等领域，并实现与水下工作平台、海底观测站网互联互通，构建海空立体信息传输网络，被国际上认为是海洋科学、海洋环境、海洋开发的重要技术手段。欧美、日本等海洋强国竞相发展相关技术，中科院上海光机所是国际上少数几个同步开展蓝绿激光海洋探测及传输技术研究和系统研制的科研机构。

蓝绿激光位于海洋光学窗口内，能够穿透海气界面实现信息的双向高速传输。同时，通过接收海水后向散射和海底反射等信号，可以获取海水光学参数剖面信息、海底或目标的三维信息。但是，由于蓝绿激光传输过程中受到海气界面随机波动、海水强吸收和散射，以及太阳背景光干扰的影响，导致接收激光信号强度衰减严重、噪声较大，并伴随时空展宽效应，使得机载蓝绿激光海洋探测与传输系统长期以来面临发展瓶颈。

为此，陈卫标团队针对机载蓝绿激光探测和传输系统面临的探不深、测不准、稳定性不足等瓶颈问题和应用短板，发明了多项核心技术，成功研制出高性能机载蓝绿激光海洋探测和传输应用系统，显著提升该技术在真实海洋环境下的应用效果。

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他们研制成功的我国首台机载双频海陆激光雷达产品，打破了国外技术垄断，填补了国内空白。三沙市环保局、中国海监南海航空支队、海洋测绘所等用户单位利用该系统开展示范应用，获取了南海岛礁、海岸带和航道的海陆一体化三维数字地形，掌握了海岛礁形态监测和生态保护、执法维权的关键数据，填补了我国在海陆交界区域高分辨率地形三维测绘仪器方面的空白。自然资源部海洋一所、上海海洋大学等单位利用该项目成果开展海洋生态环境研究，首次获取了深度超过100米的海洋光学参数、悬浮粒子和混合层的垂直剖面信息，为赤潮早期预报、海洋初级生产力评估等提供了支撑。

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据悉，该研究成果已在岛礁高精度三维测绘、海洋生态环境立体监测和水下观测信息跨介质传输等领域得到应用，在海洋资源开发和海洋权益保障等领域发挥了不可替代的重要作用。

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同时，该项目取得的多个技术发明，已成功实现转移转化，先后开发出地基、车载三维测绘激光雷达、水下无线高速激光信息传输终端等系列产品，促进了蓝绿激光技术和海洋科学的交叉融合发展，推动了国产海洋装备研发进程。

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