9.3万亿!这是每年夜间穿越我国东部地区上空迁飞昆虫的数量。它们趁着夜色在高空悄悄迁移,像一支看不见的“空中军团”,来无影去无踪,却严重威胁着我国粮食安全。
农业农村部公布的11种一类害虫中,有8种是迁飞害虫,其中6种是夜间高空风载迁飞害虫。稻飞虱、草地贪夜蛾、棉铃虫……这些看似微小的虫子,每年可造成我国粮食损失超2000万吨。
要想防治这些害虫,就得先精准测报虫情。此前,世界上仅少数国家拥有自动运行的垂直昆虫雷达。我国夜间高空风载迁飞害虫的监测,长期处于“看不清、追不着、测不准”的被动局面。从2006年到2026年,河南省农业科学院植物保护研究所所长封洪强带领研发团队,历时20年,先后攻克盲区、识别、标定等一系列难关,研制出全球领先的高分辨率旋转极化垂直昆虫雷达。
传统昆虫雷达是“远视眼”,天生有个“缺陷”——近距离盲区。
“发射与接收共用一个天线,导致雷达系统必然存在盲区。就像人的眼睛看不清紧贴鼻尖的东西一样,雷达也无法探测离天线太近的目标。这一盲区大约在150米。这意味着,所有在150米以下低空活动的昆虫,雷达都“看”不到。
但封洪强在长期观测中发现,盲区的“边缘”并非一片死寂——那些被噪声淹没的微弱信号中,依然藏有昆虫的踪迹。他分析判断,如果能从噪声中“捞出”有效信号,盲区一定能大大压缩。
解决问题的关键在于噪声阈值的设定。传统昆虫雷达采用“固定阈值法”——设置一个固定的噪声水平,高于它算目标,低于它当噪声丢掉。但昆虫有大有小,背景噪声也会随环境变化而变化。阈值设低了,噪声会被误判为目标,导致“草木皆兵”;阈值设高了,真实目标又会被过滤掉,致使“一叶障目”。
如何科学地设定噪声阈值?科学家一时没有找到答案。
转机出现在一次国际合作交流中。在与瑞典隆德大学激光雷达专家交流时,封洪强发现对方采用一种“动态阈值”方法,消除了昆虫体形大小对振翅频率计算的影响。“激光雷达能这么做,昆虫雷达为什么不能?”一个大胆的设想在他脑中浮现。
围绕这一设想,研发团队开始密集攻关。他们创造性设计出一套“动态噪声阈值”算法。这种算法不再用一个固定值“一刀切”,而是实时计算每1.875米高度层的独立噪声基线,再根据不同高度、不同时段的噪声水平动态调整阈值,精准过滤干扰,从“噪声海洋”中锁定每一只昆虫信号。
原理看似简单,落地绝非易事。为了验证算法稳定性,他们在试验基地连续驻守3年,不分昼夜采集数据。盛夏的雷达站,白天温度高达40℃,仪器发烫,他们汗流浃背;夜晚蚊虫叮咬,他们浑身是包,刺痒难忍仍紧盯屏幕记录参数。
无数次失败、无数次调试,终于迎来曙光——当70米低空迁飞昆虫信号第一次清晰呈现在屏幕上时,团队成员激动得彻夜未眠。
“这意味着,那些危险的低空迁飞害虫,再也逃不过雷达的‘眼睛’!”这一突破,让我国昆虫雷达的低空监测能力跃居全球首位,为精准预警迁飞昆虫筑牢了第一道防线。(改编自 科技日报)
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