[01307195]时间反转辐射源成像探测方法及其应用

雷电是我国频发的气象灾害。由于雷击时会在瞬间产生巨大的破坏作用，联合国国际减灾十年委员会将其列为“最严重的十种自然灾害之一”。对雷电时空发展过程的精细化探测是揭示雷电致灾机理、开展雷电预警与防护的主要途径。

但目前对于三维闪电通道结构及其演变过程的精细化探测技术还未成熟，特别是缺乏能够同时、连续定位多个闪电辐射源的方法，对同步发展的闪电过程缺乏分辨能力。

针对上述问题，本项目创新提出了基于时间反转的闪电辐射源成像探测方法。通过对复杂多反射结构多散射源的探测，验证了方法的有效性和技术先进性，而后，将其应用于闪电的精细化探测中，破解了制约三维闪电多源同步探测的国际性难题，刷新了对闪电发展的科学认识。

项目研究的主要技术内容有：1、针对频散引起的失真和多次反射混叠等复杂传输环境，发明了虚拟时间反转方法，利用时间反转传播抑制传播路径频散和反射的不良影响，利用事先获得的传递函数替代实际反转、发射和传播，实现虚拟传播;将该方法首先应用于存在严重频散效应的导波传播定位中，实现了近邻多散射源的高分辨率成像。

2、针对闪电探测中无法多目标同时成像的问题，发明了频域时间反转闪电成像探测方法，充分利用了全波形信息和多天线的叠加增强机制，显著提升了对弱辐射源的探测能力，破解了同一时间窗内多个闪电辐射源同时定位的国际性难题，在国际上首次获得了正地闪中正、负极性先导同时双向发展的甚高频定位图像，揭开了长久以来正先导难以被探测的面纱，为闪电物理研究开辟了一条新途径。

3、将基于频域时间反转的甚高频成像与高速摄像的光学成像融合，建立了三维闪电联合探测方法，在国际上首次给出了千米尺度上闪电回击速度随通道高度非单调变化特征，阐释了闪电辐射场波形特异变化的原因，深化了对闪电放电规律的认识。

4、针对单个闪电甚高频探测站无法三维成像的问题，发明了基于甚高频与雷声探测阵列融合的单站准三维闪电定位方法，成功获取了闪电放电通道的三维定位结果和时空演变过程，有效提高了三维闪电过程的探测效率。

该项目得到3项国家自然科学基金、1项江苏省气象局项目支撑。

获得国家发明专利授权5项。

发表论文39篇（附件6（8）），其中SCI收录7篇，EI收录27篇。

VTR方法论文单篇被引60余次。

成果用于国家标准《雷电防护 雷暴预警系统》（附件6（9）），收入中国气象百科全书“雷电测量仪器”词条。

培养硕士研究生6名，博士研究生8名，博士后1名（附件6（10））。

自2015年起，项目组在苏北建立高精度局域探测网，应用上述方法开展野外雷电观测，为揭示雷电发展精细过程发挥了显著作用，完成了江苏省雷电定位网的标校（附件6（11））。

成果同时应用于气象、通信、新能源等多个领域。

应用结果显示，本项目的研究为雷电探测新产品的研发提供了基础理论支撑，为雷电监测预警与事故鉴定分析等提供了技术手段，对于推动整个雷电探测行业的技术进步具有重大作用，具有广阔的应用前景。