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黄忠伟团队在兰州大学观云楼讨论设计方案并组装雷达。

兰州大学城关校区装有雷达的白色观测箱发出的激光。

“你了解激光雷达吗？”

“你以后有信心造出来吗？”

2006年秋天，在兰州大学跨专业保研考核的现场，2003级兰大物理明升体育app与技术学院本科生黄忠伟正在接受大气明升体育app学院保研考核。他对面坐着的是该校大气明升体育app学院教授黄建平。

问及当初为何从物理学院选择学生时，黄建平解释：“黄忠伟是学物理的，对雷达方面的研究非常感兴趣。自己培养人来造雷达并开展气象研究，不仅可以解决国外垄断激光雷达的问题，还能拓展新的研究领域。”

近日，由黄建平、黄忠伟领衔的雷达智造团队建设的“一带一路”激光雷达观测网—若羌站揭牌，这标志着该雷达观测网国内段7个站已全部建成。而此时，黄忠伟的身份早已从兰大研究生变为兰大教授。

拿着螺丝刀，就把150万元的雷达拆了

在大气研究领域，兰州大学在2006年以前用的是地面仪器，在2014年前用的是从国外进口的一台米散射激光雷达。

激光雷达能够收集到距地表几十公里范围内大气中的污染物、水汽和云的分布情况的观测数据。当前，我国在全球气候变化、环境污染、空间环境监测等领域都对激光雷达技术有迫切的需求，但是一直依赖进口国外的高成本产品，严重制约着我国相关领域的进一步发展。

不仅造价昂贵，国外激光雷达功能还有限，一般只能测到少数波段，信号分析源少，且普通雷达还无法准确测出固体颗粒物的浓度与成分。同时，这些高精度仪器很难适应气候干、温差大、颗粒物浓度高的西北地区干旱半干旱气候条件，常常显现出水土不服的情况，以致不能正常使用。

“之前了解的都是军事雷达，我从没想过有一天自己能造出激光雷达。”黄忠伟回忆道。

通过保研考核后，黄忠伟收拾好自己的行李，像其他保研本校的学生一样，前往城关校区完成毕业论文。此时，他接到黄建平的电话：“你不要到市区来了，直接上萃英山顶。”

萃英山顶上坐落着当年刚建成的兰州大学半干旱气候与环境观测站。在这里，黄忠伟不仅第一次接触到了激光雷达，还把它拆了。

150万元人民币，是2006年初从美国购买一台激光雷达的价格。2007年，这台架在萃英山顶的激光雷达出现故障，黄忠伟拿着一把螺丝刀就把它拆了。

“黄老师见了，说我胆子真大。周围都是本明升体育app大气的同学，他们都不敢拆这么贵的机器。我本科是物理专业，四年都在做力、热、光、电的实验，凡是仪器坏了都习惯拆开看看。拆了还真不一样，学到了不少东西。”黄忠伟说。

2009年秋，在黄建平的协调帮助下，黄忠伟前往日本东北大学接受联合培养。他此行的目标很明确，就是要把激光雷达技术学到手。在日本，黄忠伟不仅学习到了激光雷达技术，还掌握了额外的一项“超能力”——荧光多波段测量。当时这方面的相关研究很少。

“还记得在日本期间，我凌晨5点还在空无一人的实验室测量荧光，只听见窗外乌鸦的叫声。”

2011年，黄忠伟学成回国，在兰州大学组建了激光雷达实验室。2014年1月，在这个小小的两间总面积不到40平方米的“雷达加工车间”，诞生了我国第一台多波段拉曼—荧光激光雷达，并成为生产其他雷达的参考标准。

有硬件设计、算法开发，还有后期应用

6年间，他们先后制造了14台激光雷达。如今，在兰州大学激光雷达大气遥感实验室，摆放的两个大小不一的“黑箱子”就是第二代多波段拉曼—荧光激光雷达。

“每台雷达就像一个小婴儿一样，制造出来很不容易。从最开始用SolidWorks软件画图设计，到对购买来的一个个零配件进行组装调试，都是一步一步亲手做出来的。”黄忠伟说。

“一台激光雷达有100多个零部件。为了提高反演算法的精度，提高雷达的性能，每个零部件黄忠伟老师都要求我们出2至3个方案，哪怕是一个小小的镜架设计都要开会讨论。他细心谨慎，常常从多角度考虑问题。”团队科研助理李武仁说。

如果把单波段激光雷达比作给大气中的颗粒物拍摄照片，拍出来的照片只是平面的；多波段激光雷达就像是拍摄多维度全景照片，让人们可以看到大气颗粒物的不同侧面，测出的大气数据更加全面、立体、精准。

在多波段拉曼—荧光激光雷达被研制出来之前，市场上已经有了多波段激光雷达、拉曼激光雷达和荧光激光雷达。但是，真正把“多波段”“拉曼”“荧光”这些不同元素组合在一起并非像“1+1+1=3”这样简单，而是需要克服它们之间各种相互干扰，反复试验才能选出最优组合的多波段拉曼—荧光激光雷达，真正实现大气气溶胶全荧光光谱的精细探测。

如果将硬件技术比作雷达的躯干，反演算法则是雷达的大脑。好的硬件提供优质的信号，好的算法计算出精准的数据，二者相辅相成。

深知让兰大智造的激光雷达发挥更大作用和效能的关键所在，因此，从日本学成归国后，黄忠伟和团队成员还一直致力于新反演算法的研发。市场上没有现成的相关反演算法的数据采集控制软件，黄忠伟团队通过自主编程写代码，提高反演算法精度。

“既有硬件设计、算法开发，还有后期应用，我们整个研发明升链是完整的。”黄忠伟说。

他们制造的激光雷达主要用于大气遥感与环境监测研究，不仅可用于大气雾霾探测的研究及预警，还可用于卫星数据校正、气象观测、气象干预等领域。例如，雷达收集到的关于云层的信号可转化为云层的数据，供气象部门人工降雨时参考。甘肃省生态环境厅向他们购买了3台激光雷达，用于沙尘暴、雾霾的监测。

黄忠伟补充道，目前激光雷达的生产还未达到批量生产的程度，自制雷达主要出于自身科研需要，同时也进行了专利的转化应用。

不止于此，这些激光雷达还从兰州走出了国门……

“一带一路”激光雷达网，你敢不敢建？

2017年，这是黄忠伟和黄建平的又一次对谈，距离上次保研考核已经过去了十年。

“‘一带一路’激光雷达网，你敢不敢建？”黄建平问。

“咱就做呗，就是多加点班。”其实当时刚博士毕业5年的黄忠伟心里也没底。要知道2017年前，激光雷达都是被当作“瓷娃娃”摆在实验室里，要想走出实验室到“一带一路”去，涉及研发、工程、沟通多方面的问题。

“我很佩服黄忠伟老师，他胆子大、想法创新。要不是他尝试，一开始雷达连实验室都走不出去。”李武仁说。

激光雷达属于精密的光学仪器，对电力、网络和环境温度的稳定都有很高的要求，不满足要求的话，价格百万元人民币的激光雷达就可能面临报废的风险。

当团队成员对激光雷达走出实验室都心存顾虑时，黄忠伟主张，只有把激光雷达布出去，才能发现问题、解决问题。制造装配式激光雷达、让雷达“进箱子、走出去”的方向才正式确定了下来。

在零下20摄氏度的乌鲁木齐环保局楼顶上，黄忠伟团队一起守着第一个布出去的雷达20多天。这次经历为他们日后研究装配式激光雷达提升了保温性能、加装了续航电池、安装了停电报警系统，进而为提升它对外界环境的适应力积累了经验、打下了基础。

解决了激光雷达走出去的问题，下一步就是如何让它走得更远了。

在黄忠伟办公室的墙上，贴着一张“一带一路”激光雷达观测网的全景地图。它东起兰州，西至阿尔及利亚，共14个站点，跨越直线距离8000多公里，可获得全球干旱半干旱区的大气监测整体数据。红旗标注的是已建成的站点，黄旗标注的是将要建设的站点。

“‘一带一路’激光雷达观测网的建设具有明升体育app研究、人才培养、国际合作这几方面价值。”黄忠伟说。通过部署激光雷达观测网可以追踪“一带一路”沿线大气中沙尘的来源，分析高空中沙尘的走势，有利于更加了解我国沙尘天气的成因。

中方提供激光雷达和相关检测设备，“一带一路”国家提供场地环境，双方加强国际合作。“2019年我们还先后邀请了塔吉克斯坦明升体育app院乌马罗夫物理技术研究所、巴基斯坦白沙瓦大学的5个青年专家来校访问，培训他们，回国之后他们也会对‘一带一路’雷达站进行设备的维护。”黄忠伟说，“巴基斯坦白沙瓦大学还计划建立一个大气明升体育app学院，希望我们这边提供师资进行授课。”

如今，几乎每个夜晚，兰州大学城关校区 12号学生公寓附近，几个白色铁皮箱发出道道绿光，铁皮箱上写着———拉曼偏振激光雷达。过不了多久，这些白色铁皮箱将会搭乘中欧班列，前往塔吉克斯坦和巴基斯坦。

未来，更多激光雷达将通过装配运输的方式被送往“一带一路”沿线国家。一带一路，点点绿光串联起来，编织成一张跨越上万公里的激光雷达观测网。