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四川省重点学科:信号与信息处理

2014年09月25日11:02  来源:研究生处  访问量:23321


  一、概况

  信号与信息处理二级学科是四川省重点学科,也是我校的优势学科。本学科是信息与通信工程一级学科硕士学位授权点下的二级学科,包括全国唯一的部级大气探测重点开放实验室、全国唯一的大气探测博士后科研工作站,有四川省高校重点实验室“气象信息与信号处理实验室”,与中国科学院联合培养博士研究生。

  该学科从设立以来,坚持走以信息科学与大气科学学科交叉融合为特色的创新之路,积极推动我国气象信息化、气象装备现代化等重要领域的建设,多次获得省部级科技进步奖:研制出我国首台常规气象雷达和新一代多普勒气象雷达数字化信息处理系统,改变了我国气象雷达信号处理系统依赖进口的局面,达到国际先进水平(中国气象局鉴定),被国内近70%的新一代多普勒天气雷达采用,并出口到世界多个国家;卫星反演理论成果应用于国家重点工程“风云3号”气象卫星系统,无线通信射频芯片应用于北斗导航终端系统。

  二、主要学科方向及其学术队伍

  本学科建设围绕国家需求,瞄准学科发展前沿,立足于应用基础与技术的研究,着力推动信号与信息处理技术和通信技术在大气探测领域和地方信息产业的发展,为大气探测领域和地方信息产业培养高水平的科研人才和行业技术骨干,为国民经济建设和行业进步做出贡献。目前,本学科拥有专职教师50余人,其中教授10人、副教授10人,获得博士学位的人数占所有人员比例超过30%,大多数教授和副教授具有出国留学或进修的经历,形成了一个应用基础与应用实践紧密结合的学科团队,如表1所示。

  (1)气象雷达信号处理

  针对分布式天气目标特点(信号处理量大、定量估值精度要求高),本方向研究天气雷达探测分布式目标的信号处理理论与技术。

  特色:

  本方向率先在国内开展了天气目标回波的精确谱参数估计算法、改进信号处理数据质量的算法(如分布式目标状态下速度模糊和距离模糊解算方法,地物杂波抑制新方法)、双极化多普勒天气雷达系统信号处理算法及多通道信号处理误差标定算法等关键技术研究,并结合可编程逻辑器件、高速DSP、高速电路信号完整性等设计技术,研制出多款具有自主知识产权的实时天气雷达信号处理系统。这些研究成果奠定了中国新一代天气雷达信号处理系统更新换代的基础,缩短了与发达国家的差距,改变了天气雷达信号处理系统依赖进口的局面。

  根据天气雷达发展趋势,前瞻性地开展了机载、星载不同探测体制的天气雷达信号处理新算法研究,为天气雷达信号处理水平赶超发达国家奠定基础。

  优势:

  本方向长期从事天气雷达信号处理理论与技术研究,上世纪90年代率先研制出具有国内领先水平的常规天气雷达信号处理及其应用系统,获省部级科技进步二、三等奖各1项。

  2003年成功研制出国内第一台带有数字中频处理功能的多普勒天气雷达信号处理系统,并通过中国气象局鉴定、定型,全国布网新一代天气雷达系统的70%采用了该系统,并出口美国、罗马尼亚、韩国等国;2007年研制出可用于新一代天气雷达系统升级改造的“双极化多普勒天气雷达信号处理系统”,由中国气象局、中国科学院等单位组成的鉴定委员会认为“系统达到国内领先水平、同期国际先进水平”;在国防项目的支持下,2008年研制出多型军用雷达的XXX信号处理系统和产品处理系统,提高了雷达的处理性能,拓展了雷达的应用范围。

  本方向现有教授2人,副教授3人,博士4人,团队带头人何建新教授是“四川省有突出贡献的优秀专家”、“四川省学术与技术带头人后备人选”、中国气象仪器与观测方法标准化技术委员会(高校唯一)副主任委员。

  本方向近五年多次承担国家自然科学基金、863子项目、国家公益性行业专项、国防等重大科研项目,科研经费总计2000多万元。

  (2)移动气象雷达系统研发

  特色:

  30多年来,本方向研究气象雷达及其应用,在中小尺度气象系统特征参数探测装备研发方面占有重要地位,形成了鲜明特色:

  综合运用电子、计算机及射频微波等技术,升级现役常规雷达、研制新型接收相参多普勒雷达及双极化雷达,实现气象雷达信息化、智能化和联网拼图,提高了基层台站的气象装备水平;运用雷达气象学原理与信息处理技术,研发生成气象雷达二次产品的应用系统,扩展了气象雷达数据的应用范围;采用统计分析、模糊推理和神经网络等方法,研发基于气象雷达的人工影响天气作业信息指挥系统,提高了人工影响天气作业的效益。

  上世纪80年代末,率先研制出国内第一台气象雷达数字化系统,并在全国气象部门应用;90年代初研发的“X波段数字雷达”等系列产品,被全国21个省、市、自治区广泛采用,多次获得省部级科技进步奖,并通过中国气象局鉴定,两次被收录进其“中国气象技术装备样本”中。

  上世纪90年代末研制的X波段双极化天气雷达,被美国工程院院士、NOAA/ERL首席气象雷达专家Dusan S. Zrnic博士称为“中国人把双极化技术应用于天气雷达,并实现业务观测,是一个了不起的创举”。

  开发的人工影响天气作业指挥信息系统,广泛应用于气象预报和人工影响天气指挥作业,市场占有率达50%以上。该系统使人工影响天气的探测手段达到本世纪初国际先进水平,为防雹、增雨(雪)作业指挥人员提供了科学的决策依据,避免了盲目作业和不适时作业造成的巨大损失,为减少土地沙化、增加农业收成等防灾减灾工作做出了重要贡献。

  优势:

  本方向已形成产、学、研的良性循环,多年来不断获得各级政府的研究经费支持,研究成果具有国内领先水平,在气象服务(日常天气预报、超短期预报、专业气象服务等)、防灾减灾(气象灾害预警、跟踪监测、灾情评估等)以及人工影响天气(人工防雹、人工增雨/雪等)等方面发挥着重要的作用,产生了重大社会经济效益。

  (3)地面气象观测技术及装备

  特色:

  本学科方向长期以来从事气象信号获取技术研究和设备研制,在地面气象探测技术领域形成了鲜明的特色。

  本学科方向研究团队运用信号与信息获取的基本原理和方法,经过多年的科研积累,在能见度、日照等气象要素信息的获取方法与技术方面,承担了中国气象局、中国人力资源和社会保障部等一系列项目;在高精度、智能化、多功能化、集成化气象要素传感器新技术方面,率先开展了激光雨滴谱仪和固态降水传感器研制,优化了激光雨滴谱观测算法,改进了固态降水观测方法。

  优势:

  本学科方向依托设在我院的“中国气象局大气探测重点开放实验室”、中国气象局综合气象观测科研基地、“四川省高校气象信息与信号处理重点开放实验室”和“大气探测技术实验中心”(四川省实验教学示范中心),开展自动气象观测仪器研发,取得了系列成果:“雷(闪)电定位遥测装置”已由天津气象仪器厂批量生产,投入业务运行,取得了良好的社会经济效益;激光雨滴谱仪已研制取得了一定进展,研制出了具备基本功能的样机;固态降水传感器已研制出样机,正在学院综合气象观测场调试、改进;前向散射式能见度仪已研制出样机,正在调试、改进;参与了并完成了中国气象局气象探测中心《国家级地面观测站网评估》的撰写。

  目前正进行云能天等气象要素传感器和新一代智能自动气象站研发,并在气象信息融合技术等方面开展研究,通过与综合气象观测科研基地内计量仪器设备的对比观测试验表明,传感器信号获取与数据处理算法的性能得到了有效提升,关键模块已实现。

  该学科方向科研团队现有成员9人,其中教授2人、副教授3人,博士2人。近五年来,团队承担国家重大科学仪器设备开发专项、国家公益性行业专项等省部级科研项目近10项,合计科研经费200余万元。

  (4)综合观测资料处理及应用

  特色:

  本研究方向主要研究信号与信息处理技术在气象探测领域中的应用。在地面综合气象观测中,云能天的器测始终是有待解决的问题,也制约着地面观测技术的自动化发展进程,结合信号与信息处理技术、数字图像处理技术,综合应用各种观测资料,着眼于云能天的自动化观测技术的发展方向。

  优势:

  本学科方向开展下列3个方向研究:1)研究新型能见度自动化观测系统中的信息处理技术;2)天气现象识别系统;3)云量与云型的自动识别。这些研究均以研制新型的地面综合气象观测产品及后端处理软件为目标,具有突出的应用特色。

  近五年来,团队承担国家公益性行业专项等多项省部级科研项目,合计科研经费近200万元。

  (5)大气遥感方法与技术

  本方向主要从事大气辐射与卫星遥感的研究与应用。在综合大气探测中气象卫星观测具有其它大气探测手段无法比拟的优点,它不受国界和地理条件的限制,从空间以独特的视角实现许多常规观测无法进行的探测。30多年来在大气辐射与卫星遥感的研究与应用方面形成了具有特色的研究方向,正在形成一个具有老中青教师和研究生相结合、积极向上发展的科研团队。

  特色:

  本学科方向从20世纪80年代初以来,在一系列国家级和省部级基金的资助下,系统地从事大气辐射、卫星遥感理论及应用等研究,是国内从事这方面研究中颇具特色的研究方向。特别是针对灾害天气、气候变化及我国气象卫星工程急需问题开展了(1)大气辐射传输、粒子光散射研究;(2)卫星遥感反演陆面温度等特性及其应用研究;(3)卫星高光谱遥感及其应用研究;(4)卫星遥感与非线性科学相结合,对大气水汽、暴雨等极端天气和气候事件的监测和预报的研究。本学科方向面向国际卫星遥感技术发展前沿和国家气象事业战略需求,具有学科的交叉与融合,研究难度大,富有前沿性和创新性。对国家亟待解决的科学和技术问题、以及国民经济的可持续发展,均有重要的影响和良好的应用前景。

  优势:

  本学科方向有长期的科研积累和坚实的基础,在大气辐射、卫星遥感研究方面已经取得一系列有意义、重要的研究成果。建立了一系列理论模式,改进和发展了非球形粒子光散射理论;发展了大气窗区理论和卫星遥感反演理论,研究成果引起了国内外同行学者的关注和高度评价。国家气象卫星中心资深研究员黎光清认为,本学科研究方向的重要特点是把散射理论引进卫星遥感反演中来;美国光学学会(OSA)认为,本学科研究方向在OSA刊物上发表的论文,为OSA在国际光学和光子学信息领域保持领先地位贡献了一份重要力量;德国辐射专家Spankuch说,本学科研究方向团队(ARSRSL Group)是国际上从事大气辐射研究的一个著名小组。已在国内外发表论文100余篇,其中SCI检索10余篇,EI检索20余篇。获中国气象局气象科学奖二等奖和三等奖各一项、科技进步奖二等奖一项。本学科方向的论文曾被国家自然科学基金委员会地球科学部选为优秀成果;被美国NASA同行专著以及NASA、OSA、Harvard大学等10多个网站收录和发布。

  开展了中国-希腊政府间科技合作项目、中欧“Dragon 2”国际合作项目,承担了国家自然科学基金、国家公益性行业专项、国家《风云三号卫星应用系统工程研发项目》等多项国家级项目。


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