雷達(dá)昆蟲學(xué)研究進(jìn)展及應(yīng)用前景

張 智, 張?jiān)苹? 姜玉英, 張鹿平, 程登發(fā)

(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所植物病蟲害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100193; 2. 北京市植物保護(hù)站, 北京 100029; 3. 全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心, 北京 100025; 4. 無錫立洋電子科技有限公司, 無錫 214028)

雷達(dá)昆蟲學(xué)研究進(jìn)展及應(yīng)用前景

張 智1,2, 張?jiān)苹?*, 姜玉英3, 張鹿平4, 程登發(fā)1

(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所植物病蟲害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100193; 2. 北京市植物保護(hù)站, 北京 100029; 3. 全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心, 北京 100025; 4. 無錫立洋電子科技有限公司, 無錫 214028)

雷達(dá)昆蟲學(xué)經(jīng)過近50年的發(fā)展,取得一系列的重要成果。本文系統(tǒng)介紹了各類昆蟲雷達(dá)的體制和功能,總結(jié)了相似體制天氣雷達(dá)與昆蟲雷達(dá)的主要區(qū)別,回顧了各相關(guān)國(guó)家雷達(dá)昆蟲學(xué)的實(shí)踐情況,歸納了昆蟲雷達(dá)建制技術(shù)取得的進(jìn)步,并展望了雷達(dá)應(yīng)用的前景及其今后昆蟲雷達(dá)建制技術(shù)的發(fā)展方向,以期促進(jìn)我國(guó)昆蟲雷達(dá)事業(yè)的發(fā)展。

昆蟲雷達(dá); 掃描昆蟲雷達(dá); 垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá); 昆蟲諧波雷達(dá); 激光雷達(dá); 害蟲監(jiān)測(cè); 建制技術(shù)

雷達(dá)是英文radar的音譯,源自radio detection and ranging,意為“無線電探測(cè)和測(cè)距”即指利用電磁波對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行位置探測(cè)的一套系統(tǒng)。雷達(dá)系統(tǒng)復(fù)雜多樣,但一般包括發(fā)射、接收和信號(hào)處理三部分。理論上,能夠反射電磁波的物體都能被雷達(dá)探測(cè)到,如金屬物品、雨滴、雪花、鳥類和昆蟲等都能產(chǎn)生雷達(dá)回波[1-4]。昆蟲雷達(dá)就是以觀測(cè)昆蟲為目標(biāo),經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的雷達(dá)系統(tǒng),因此,昆蟲雷達(dá)既具有常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)的基本特點(diǎn),又在距離分辨率等方面獨(dú)具特色。

雷達(dá)觀測(cè)昆蟲的歷史可以追溯至20世紀(jì)40年代,當(dāng)時(shí),天氣雷達(dá)在晴空天氣條件下探測(cè)到一些神秘回波,由于不確定回波目標(biāo)的種類,學(xué)者浪漫地稱之為“天使(angel)”。1949年,Crawford利用探照燈對(duì)昆蟲數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),同時(shí)利用雷達(dá)觀測(cè)“天使”回波,最終首次證實(shí)大部分“天使”回波的目標(biāo)是由昆蟲引發(fā),并首次提出雷達(dá)監(jiān)測(cè)昆蟲飛行的可行性[5]。1954年,Rainey通過與氣象部門合作,利用天氣雷達(dá)對(duì)沙漠蝗Schistocercagregaria的蝗群進(jìn)行了觀測(cè),昆蟲學(xué)家進(jìn)一步意識(shí)到雷達(dá)在害蟲監(jiān)測(cè)中的潛力[6]。1968年,世界上第一臺(tái)昆蟲雷達(dá)誕生,此后被安放在非洲撒哈拉對(duì)蝗蟲進(jìn)行了觀測(cè)[7]。昆蟲雷達(dá)的誕生及快速發(fā)展為昆蟲遷飛監(jiān)測(cè)與研究工作提供了一種卓越的、無可替代且強(qiáng)有力的工具[1,8]。昆蟲雷達(dá)能遠(yuǎn)距離大范圍且對(duì)目標(biāo)沒有干擾的情況下,對(duì)空中目標(biāo)種群進(jìn)行快速觀測(cè),獲得回波數(shù)量、遷移方向、遷移高度、遷移速度等重要參數(shù),此外,昆蟲雷達(dá)還可以揭示空中遷飛昆蟲的起飛、成層、定向等行為特征及其與大氣結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系[1]。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,雷達(dá)科學(xué)與昆蟲科學(xué)不斷交叉,理論基礎(chǔ)不斷豐富,建制技術(shù)取得長(zhǎng)足進(jìn)步,雷達(dá)功能不斷拓展完善。在昆蟲遷飛和行為研究中開啟了許多新篇章,逐步形成了一門新的分支學(xué)科——雷達(dá)昆蟲學(xué)(radar entomology)[1-4,8]。

盡管跟蹤動(dòng)物行為的方法有很多,但由于昆蟲個(gè)體小,不能攜帶用于跟蹤鳥類等其他大型目標(biāo)的GPS項(xiàng)圈,因此,昆蟲雷達(dá)仍然是研究昆蟲行為的重要有效工具之一[9]。為了系統(tǒng)回顧昆蟲雷達(dá)取得的成就,更好地促進(jìn)中國(guó)昆蟲雷達(dá)事業(yè)的發(fā)展,本文對(duì)昆蟲雷達(dá)進(jìn)行了全面總結(jié),以期為今后中國(guó)昆蟲雷達(dá)建制提供必要的參考。

1 昆蟲雷達(dá)的類型及特點(diǎn)

經(jīng)過幾十年的發(fā)展,世界各國(guó)建制了形式多樣的昆蟲雷達(dá)。根據(jù)工作方式,昆蟲雷達(dá)可分為掃描昆蟲雷達(dá)、垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)、昆蟲諧波雷達(dá)等;按照波長(zhǎng)可分為毫米波昆蟲雷達(dá)和厘米波昆蟲雷達(dá);根據(jù)調(diào)制方式可以分為脈沖昆蟲雷達(dá)、調(diào)頻連續(xù)波昆蟲雷達(dá)和激光昆蟲雷達(dá)等;此外,電磁波極化方式也可以分為水平極化、垂直極化、雙極化和旋轉(zhuǎn)極化等[2]。在實(shí)際建制過程中,某一類昆蟲雷達(dá)會(huì)涉及多個(gè)分類特征,從而獲得更為準(zhǔn)確的屬性。在建制目的方面,掃描昆蟲雷達(dá)和垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)主要用于監(jiān)測(cè)遷飛性昆蟲,諧波雷達(dá)主要用于開展昆蟲行為研究,激光雷達(dá)主要用于開展空中目標(biāo)的識(shí)別[10-13]。

1.1 掃描昆蟲雷達(dá)

掃描昆蟲雷達(dá)是一種常見的雷達(dá)系統(tǒng),世界上第一臺(tái)昆蟲雷達(dá)就屬于掃描昆蟲雷達(dá)。掃描昆蟲雷達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),拋物面型天線能以不同仰角做水平掃描,也可在固定方位做俯仰掃描。水平掃描時(shí),圖像顯示方式為平面位置顯示(plan position indicator,PPI)。俯仰掃描時(shí),圖像顯示方式為距離—高度顯示(range height indicator, RHI)[1-2]。PPI圖像可以快速獲取目標(biāo)數(shù)量、高度、方位等信息,利用“RGB三色圖”將PPI圖像疊加后,還可以計(jì)算出目標(biāo)的飛行方向和飛行速度[2,14]。RHI掃描屬于另外一種探測(cè)模式,可以便捷地顯示某一方位角回波數(shù)量隨高度的變化。根據(jù)波長(zhǎng),掃描昆蟲雷達(dá)又可分為厘米波掃描昆蟲雷達(dá)(3.2 cm)和毫米波掃描昆蟲雷達(dá)(8.8 mm)。早期掃描昆蟲雷達(dá)都是由海事雷達(dá)改裝的,頻率為X波段,波長(zhǎng)多為3.2 cm或3.0 cm,主要用于觀測(cè)蝗蟲、草地螟Loxostegesticticalis、黏蟲Mythimnaseparata、棉鈴蟲Helicoverpaarmigera等較大體型害蟲。后期為了觀測(cè)小型昆蟲如稻飛虱和蚜蟲等,雷達(dá)昆蟲學(xué)家又設(shè)計(jì)出波長(zhǎng)為8.8 mm的毫米波掃描昆蟲雷達(dá)[15-16]。掃描昆蟲雷達(dá)具有掃描范圍大、取樣速度快、數(shù)據(jù)顯示直觀等特點(diǎn),尤其在觀測(cè)遷飛昆蟲的成層和定向行為方面具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。為了拓展新的功能,掃描雷達(dá)在引入多普勒效應(yīng)以后,衍生出多普勒掃描雷達(dá),它可以很便捷地測(cè)定空中目標(biāo)的速度場(chǎng)和速度譜,如果能夠應(yīng)用于遷飛昆蟲監(jiān)測(cè),將大幅度提升遷飛昆蟲飛行行為的研究水平。

1.2 垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)

垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)是20世紀(jì)70年代率先從英國(guó)發(fā)展起來的一種獨(dú)特的昆蟲雷達(dá)系統(tǒng)。垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)的出現(xiàn),是雷達(dá)昆蟲學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑,它推動(dòng)了昆蟲雷達(dá)由研究型向?qū)嵱眯娃D(zhuǎn)變[10,17]。與掃描昆蟲雷達(dá)相比,垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)的拋物面型天線豎直向上,饋源中心軸與拋物面天線對(duì)稱軸偏離0.2°,且饋源可圍繞垂直軸作機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)極化波束并形成錐掃[10,12,18-21]。垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)具有參數(shù)解算豐富、目標(biāo)識(shí)別能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)。目前,英國(guó)和澳大利亞的垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá),獲取的數(shù)據(jù)是按距離門(range gate)進(jìn)行取樣。英國(guó)垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)的盲區(qū)是150 m,150～1 140 m之間的探測(cè)空間共分為15個(gè)距離門,每個(gè)距離門的取樣范圍45 m,間隔26 m的非取樣區(qū)[22]。澳大利亞垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)的取樣起始高度為200 m,共分8個(gè)距離門,每個(gè)距離門的取樣高度為50 m,非取樣區(qū)間隔為150 m[23]。通過解算,垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)可以獲得位移速度、位移方向、定向角度、振翅頻率和3個(gè)與體型大小有關(guān)的RCS(雷達(dá)反射截面)參數(shù)α0、α2和α4,通過對(duì)α0、α2和α4的運(yùn)算,可以大致獲得目標(biāo)的體型和重量[17-19]。為了提高振翅頻率解算能力,澳大利亞的Drake博士又引入了靜止波束模式(stationary beam mode)[23]。與掃描昆蟲雷達(dá)相比,垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)操作更為簡(jiǎn)單,在目標(biāo)識(shí)別能力方面有了很大提高,但是目前垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)都屬于厘米波段,對(duì)類似蚜蟲大小的昆蟲還無法識(shí)別[24],毫米波垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)的設(shè)計(jì)與制造仍然存在許多需要探索的問題[25]。

1.3 昆蟲諧波雷達(dá)

昆蟲諧波雷達(dá)(insect harmonic radar)是監(jiān)測(cè)低空飛行昆蟲的一種重要手段[11]。根據(jù)諧波雷達(dá)原理,諧波昆蟲雷達(dá)需在被觀察目標(biāo)的身體上固定有一個(gè)很小的電子標(biāo)簽(變頻二極管),該裝置收到諧波雷達(dá)天線發(fā)出的電磁波后,會(huì)發(fā)射2倍或多倍于原頻率的諧波信號(hào)。諧波雷達(dá)接收系統(tǒng)自動(dòng)屏蔽地物返回的雜波,針對(duì)性地接收調(diào)制回波,通過比較相位,獲得目標(biāo)的方位信息[26]。與上述兩種雷達(dá)相比,諧波昆蟲雷達(dá)具有監(jiān)測(cè)速度快,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),更為重要的是諧波昆蟲雷達(dá)可以在掃描昆蟲雷達(dá)和垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)的盲區(qū)內(nèi)有效開展工作。世界上第一臺(tái)真正意義上的便攜式昆蟲諧波雷達(dá)誕生于1986年,Mascanzoni和Wallin的研究小組利用這臺(tái)諧波雷達(dá),成功跟蹤了土壤洞穴中的昆蟲活動(dòng)行為[27]。目前,已有的昆蟲諧波雷達(dá)分便攜式和基站式2種類型,主要對(duì)隸屬于鞘翅目、鱗翅目、雙翅目、膜翅目和直翅目等類群的幾十種昆蟲的行為開展定量觀察[11,28]。利用諧波昆蟲雷達(dá)對(duì)昆蟲行為開展研究,可更好地理解其行為機(jī)制,不僅能為授粉昆蟲的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持,也可以為害蟲防治提供新的理論基礎(chǔ)和防治策略[11]。在實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中,為避免電子標(biāo)簽影響昆蟲的正常行為,標(biāo)簽重量不能超過目標(biāo)自重的10%[26,29]。目前,最輕的電子標(biāo)簽為0.3 mg[30],因此,還很難應(yīng)用諧波昆蟲雷達(dá)開展小型昆蟲的行為研究。昆蟲諧波雷達(dá)產(chǎn)品每次只能發(fā)射一個(gè)頻率的電磁波,理論上只能跟蹤1 個(gè)昆蟲目標(biāo),但便攜式昆蟲諧波雷達(dá)通過標(biāo)記昆蟲、轉(zhuǎn)換跟蹤角度和設(shè)置時(shí)間差異,可以同時(shí)跟蹤超過30個(gè)目標(biāo)[11]。今后隨著新材料和芯片技術(shù)的進(jìn)步,電子標(biāo)簽的制作技術(shù)會(huì)不斷提高,諧波雷達(dá)技術(shù)在昆蟲行為研究中的應(yīng)用前景值得期待。

1.4 激光雷達(dá)

激光雷達(dá)(light detection and ranging,lidar),是激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱,由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等部分組成,工作波段位于紅外和可見光波段,主要應(yīng)用于探測(cè)、測(cè)距和地理信息測(cè)繪等工作。2009年,Applied Optics雜志首次報(bào)道了瑞典隆德大學(xué)(Lund University)利用激光雷達(dá)對(duì)Calopteryxsplendens和Calopteryxvirgo兩種豆娘標(biāo)本進(jìn)行識(shí)別的研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)在距離60 m時(shí),可以利用激光雷達(dá)區(qū)分C.splendens的雌雄[13]。浙江大學(xué)和瑞典隆德大學(xué)合作利用瑞典的雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)褐飛虱Nilaparvatalugens、白背飛虱Sogatellafurcifera、灰飛虱Laodelphaxstriatellus、棉鈴蟲、斜紋夜蛾Spodopteralitura、甜菜夜蛾Spodopteraexigua和二化螟Chilosuppressalis的標(biāo)本進(jìn)行了探測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)距離為50 m時(shí),可以檢測(cè)到飛虱,可以將2頭斜紋夜蛾標(biāo)本,識(shí)別成獨(dú)立目標(biāo),不同大小昆蟲的熒光強(qiáng)度有明顯分離。研究表明,激光雷達(dá)系統(tǒng)在昆蟲遷飛研究中也具有可行性,而且不受白天和夜晚的限制[31]。

2 相似模式昆蟲雷達(dá)和天氣雷達(dá)的區(qū)別

利用雷達(dá)探測(cè)昆蟲遷飛起源于天氣雷達(dá),世界上第一臺(tái)昆蟲雷達(dá)就是在天氣雷達(dá)的基礎(chǔ)上經(jīng)過特殊改進(jìn)而來。如果同為掃描體制,天氣雷達(dá)特別是測(cè)雨、測(cè)云雷達(dá)與昆蟲雷達(dá)在結(jié)構(gòu)、原理等方面基本一致。在雷達(dá)昆蟲學(xué)實(shí)踐中,經(jīng)常會(huì)面臨這樣的疑問,既然天氣雷達(dá)能探測(cè)昆蟲目標(biāo),為什么還要專門建立昆蟲雷達(dá)呢？盡管天氣雷達(dá)很早就被證實(shí)可以發(fā)現(xiàn)昆蟲目標(biāo),但昆蟲雷達(dá)與之相比,還是具有其特殊之處。天氣雷達(dá)觀測(cè)目標(biāo)是大范圍的云雨,在雷達(dá)波束照射范圍內(nèi),云雨目標(biāo)是由許多微小的粒子構(gòu)成,觀測(cè)時(shí)需要進(jìn)行多次采樣平均后才能比較真實(shí)地反映目標(biāo)信息[32]。由于云雨目標(biāo)一般非常弱小,為了增加天氣預(yù)報(bào)的時(shí)效性,氣象部門要求探測(cè)到較遠(yuǎn)距離上的云雨目標(biāo),因此,天氣雷達(dá)的發(fā)射功率一般都很大,接收機(jī)的靈敏度也很高,天線口徑在發(fā)射頻率降低時(shí)也相應(yīng)增加,否則很難滿足探測(cè)需求。根據(jù)昆蟲體內(nèi)含有水分的特性,昆蟲也能被天氣雷達(dá)探測(cè),但在通常情況下,天氣雷達(dá)觀測(cè)不到單個(gè)昆蟲[33]。如果探測(cè)不到單個(gè)昆蟲個(gè)體,就很難估算空間昆蟲密度,也很難對(duì)其行為進(jìn)行細(xì)致刻畫。昆蟲雷達(dá)是以探測(cè)單個(gè)個(gè)體為首要目標(biāo)而經(jīng)過專門設(shè)計(jì)的一種特有雷達(dá)系統(tǒng),它與天氣雷達(dá)之間存在多方面的差異。首先是波長(zhǎng),天氣雷達(dá)波段主要有S(10 cm)波段和C(3.8～7.5 cm)波段,而昆蟲雷達(dá)多為X(2.4～3.8 cm)和Ka(0.8～1.1 cm)波段,在實(shí)際生產(chǎn)中,厘米波昆蟲掃描雷達(dá)波長(zhǎng)為3.2 cm,毫米波掃描昆蟲雷達(dá)為8.8 mm。第二是脈沖寬度和脈沖功率,這兩個(gè)參數(shù)屬于發(fā)射系統(tǒng)指標(biāo),與雷達(dá)距離分辨率和探測(cè)范圍密切相關(guān)。天氣雷達(dá)的脈沖寬度為0.5/1 μs,距離分辨率為75/150 m,當(dāng)脈沖功率達(dá)到75 kW,按目前接收機(jī)的水平,對(duì)于中等強(qiáng)度的降水(4 mm/h)其最大探測(cè)距離可達(dá)300 km。當(dāng)脈沖寬度降低時(shí),雖然可以提高距離分辨率,但會(huì)影響探測(cè)距離。昆蟲雷達(dá)設(shè)計(jì)時(shí),脈沖寬度一般小于0.1 μs,距離分辨率在15 m左右,但是脈沖寬度為0.1 μs的發(fā)射機(jī)功率一般只有幾個(gè)kW,因此昆蟲雷達(dá)的最大探測(cè)距離(對(duì)單體昆蟲)往往只有幾公里。此外,當(dāng)脈沖功率增大時(shí),由于天線副瓣的影響,也會(huì)對(duì)近距離目標(biāo)的探測(cè)產(chǎn)生不利的影響,因此,昆蟲雷達(dá)的發(fā)生系統(tǒng)指標(biāo)是需要綜合考慮的。第三,昆蟲雷達(dá)的信號(hào)處理和終端分析、顯示軟件與天氣雷達(dá)不同。天氣雷達(dá)和昆蟲雷達(dá)都需要探測(cè)目標(biāo)的空間分布,除此之外,昆蟲雷達(dá)需要統(tǒng)計(jì)昆蟲的數(shù)量、密度、高度,測(cè)量昆蟲個(gè)體的飛行速度和方向等信息。另外,雷達(dá)的噪聲和雜波對(duì)昆蟲雷達(dá)影響很大,相對(duì)而言,氣象雷達(dá)就很容易區(qū)分真實(shí)的目標(biāo)與噪聲以及雜波。

表1X波段天氣雷達(dá)與昆蟲雷達(dá)重要參數(shù)對(duì)照表1)

Table1ComparisonofkeyparametersbetweentheX-bandweatherradarandtheX-bandentomologicalradar

序號(hào)No．參數(shù)Parameter數(shù)值 Values天氣雷達(dá)Weatherradar昆蟲雷達(dá)Entomologicalradar1距離分辨率/mRangeresolution≥75≤152峰值輸出功率/kWPeakpower≥75≥63脈沖寬度/μsPulselength≥0．50．14接收機(jī)帶寬/MHzReceiverbrandwidth≤3≥155天線轉(zhuǎn)速/r·min-1Rotationspeed≤4≥156信號(hào)處理方式SignalacquisitionFFT/PPP原始數(shù)據(jù)采集Rawdata

1) FFT/PPP:傅里葉變換或雙脈沖處理。 FFT/PPP: Fast Fourier transformer / Pulse pair processing.

3 國(guó)內(nèi)外雷達(dá)昆蟲學(xué)實(shí)踐情況

世界上從事雷達(dá)昆蟲學(xué)實(shí)踐的國(guó)家有英國(guó)、澳大利亞、美國(guó)、加拿大、中國(guó)等,各國(guó)的側(cè)重點(diǎn)并不相同,經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,各國(guó)都為推動(dòng)昆蟲雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)(http://radarentomology.com.au)。

3.1 英國(guó)

英國(guó)是世界上最早開展雷達(dá)昆蟲學(xué)實(shí)踐的國(guó)家,在昆蟲雷達(dá)研制和應(yīng)用方面具有領(lǐng)導(dǎo)地位,雷達(dá)昆蟲學(xué)研究團(tuán)隊(duì)主要有英國(guó)自然資源研究所(Britain’s Natural Resources Institute, NRI)(前身為英國(guó)治蝗中心和海外有害生物研究中心)和洛桑試驗(yàn)站,專家有Schaefer G W、Riley J R、Reynolds、Smith A D、Chapman J W等[2]。1950年,Rainey博士提出了用雷達(dá)觀測(cè)蝗蟲的設(shè)想,并與英國(guó)皇家海軍展開合作,于1954年用艦載雷達(dá)在波斯灣首次監(jiān)測(cè)到蝗群[6]。1968年,在Rainey博士的邀請(qǐng)下,鳥類學(xué)家Schaefer博士建成世界上第一部專用的昆蟲雷達(dá),在尼日爾觀測(cè),獲得了許多沙漠蝗夜間遷飛的新圖景[1,7]。1970年,英國(guó)自然資源研究所的昆蟲雷達(dá)研究室Riley博士受垂直氣象雷達(dá)觀測(cè)結(jié)果的啟發(fā),開始設(shè)計(jì)垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)。1975年,第一臺(tái)第一代垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)研制成功,在非洲馬里監(jiān)測(cè)了蝗蟲的遷飛[18,34]。由于一代垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá),沒有采用章動(dòng)技術(shù),只引入了旋轉(zhuǎn)極化,因此,只能獲得回波數(shù)量、高度和定向角度等參數(shù)。在自然資源研究所研制垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)時(shí),洛桑試驗(yàn)站也開啟了垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)的研制工作。1985年,英國(guó)洛桑試驗(yàn)站Bent G A博士成功引入章動(dòng)技術(shù),研制出了第二代垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)樣機(jī),并在印度和澳大利亞進(jìn)行了測(cè)試[22]。直到今天,二代垂直監(jiān)測(cè)雷達(dá)技術(shù)仍是最成功的應(yīng)用型雷達(dá)系統(tǒng)。1995年起,洛桑試驗(yàn)站與自然資源研究所就雷達(dá)研究展開緊密合作,但在2001年,英國(guó)自然資源研究所資助停止,2002年,該所雷達(dá)昆蟲學(xué)實(shí)驗(yàn)室解散,人員與設(shè)備轉(zhuǎn)入洛桑試驗(yàn)站。從2002年起,經(jīng)過Riley、Smith、Chapman等人努力,洛桑試驗(yàn)站的雷達(dá)昆蟲學(xué)研究取得一系列成果,先后利用垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)觀測(cè)了小菜蛾P(guān)lutellaxylostella、丫紋夜蛾Autographagamma、七星瓢蟲Coccinellaseptempunctata和異色瓢蟲Harmoniaaxyridis等昆蟲的遷飛行為[35-37]。但是近幾年,隨著老一輩科學(xué)家的退休和Chapman轉(zhuǎn)入Exeter大學(xué),洛桑試驗(yàn)站的昆蟲雷達(dá)研究隊(duì)伍出現(xiàn)了較大變化。目前,該試驗(yàn)站加緊了垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)技術(shù)的推廣,在有關(guān)項(xiàng)目的支持下,英國(guó)的垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)數(shù)量已經(jīng)增加至3臺(tái),另外,還在美國(guó)和中國(guó)各安置1臺(tái)。

英國(guó)除了開展上述雷達(dá)昆蟲學(xué)方面的實(shí)踐以外,在毫米波掃描昆蟲雷達(dá)和昆蟲諧波雷達(dá)方面也做出了突出貢獻(xiàn)。20世紀(jì)80年代,英國(guó)自然昆蟲研究所首次將毫米波昆蟲雷達(dá)應(yīng)用于昆蟲遷飛研究,先后到菲律賓、中國(guó)等多個(gè)國(guó)家對(duì)稻飛虱等小型害蟲進(jìn)行觀測(cè)[10]。在昆蟲諧波雷達(dá)方面,1994年,Riley團(tuán)隊(duì)研制出一部基站式昆蟲諧波雷達(dá),該雷達(dá)系統(tǒng)在X頻帶掃描雷達(dá)的天線上方,增加了一個(gè)接收諧波信號(hào)的天線,兩個(gè)天線同時(shí)以20 r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),該雷達(dá)系統(tǒng)檢測(cè)高度可達(dá)700 m,水平可檢測(cè)距離最遠(yuǎn)約900 m,在當(dāng)年的首次野外觀測(cè)試驗(yàn)中,成功地跟蹤了蜜蜂在蜂巢與蜜源之間的飛行[11,30]。在昆蟲諧波雷達(dá)建制方面,英國(guó)還給德國(guó)等國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)提供了技術(shù)支持。

3.2 澳大利亞

澳大利亞的雷達(dá)昆蟲學(xué)實(shí)踐始于20世紀(jì)70年代。1971年,英國(guó)的Schaefer博士與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織(CSIRO)合作在澳大利亞開展雷達(dá)昆蟲學(xué)實(shí)踐。1978年,Drake被任命負(fù)責(zé)澳大利亞的昆蟲雷達(dá)組,從此澳大利亞的雷達(dá)昆蟲學(xué)有了長(zhǎng)足進(jìn)展,陸續(xù)發(fā)表一系列重要成果。Drake 博士在關(guān)于雷達(dá)觀測(cè)和結(jié)果分析方面提出許多經(jīng)典理論和方法,關(guān)于大氣結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)尤其是中小尺度環(huán)流對(duì)昆蟲遷飛行為的影響方面取得突出成就[1,38-39]。1991年,CSIRO解散,Drake博士轉(zhuǎn)移到新南威爾士大學(xué)物理學(xué)院,與澳大利亞治蝗專業(yè)委員會(huì)等部門合作繼續(xù)開展昆蟲雷達(dá)監(jiān)測(cè)。2000年前后,在英國(guó)研制出第二代垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)以后,Drake博士也引入第二代垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)設(shè)計(jì)理念,建立了2臺(tái)垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)。他在原來錐掃模式的基礎(chǔ)上,又引入了靜止波束模式,除了獲得上述全部參數(shù)以外,還提取到昆蟲的振翅頻率[23]。此外,它們還嘗試將兩臺(tái)垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)組成一個(gè)小型雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),通過電話線和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸[21]。

3.3 美國(guó)

美國(guó)是世界上最早利用雷達(dá)觀測(cè)昆蟲的國(guó)家之一,農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局也曾經(jīng)是世界上擁有昆蟲雷達(dá)最多的實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)曾經(jīng)在雷達(dá)昆蟲研究方面取得過驕人成就,但近年來,對(duì)雷達(dá)建制技術(shù)推動(dòng)和學(xué)科發(fā)展的影響力略遜于其他國(guó)家。1949—1965年,美國(guó)氣象學(xué)者Crawford等先后多次證實(shí)晴空天氣條件下獲得的雷達(dá)回波目標(biāo)是昆蟲[5],但之后開展觀測(cè)活動(dòng)并不多。1978年,Wolf被任命負(fù)責(zé)雷達(dá)昆蟲學(xué)項(xiàng)目組工作,并在亞利桑那州開展首次觀測(cè),研究了棉田和相鄰沙漠上空的昆蟲[1-2]。1982年,該項(xiàng)目組在墨西哥灣利用船載昆蟲雷達(dá)觀測(cè)了蛾類的跨海遷飛。1987年, Wolf 與英國(guó)Cranfield大學(xué)的Hobb合作建成一部機(jī)載昆蟲雷達(dá),取得了雷達(dá)昆蟲學(xué)研究中唯一一次對(duì)一個(gè)蛾群全夜遷飛過程的連續(xù)跟蹤[1]。1985年,美國(guó)又成立了由Beerwinkle領(lǐng)銜的第二支雷達(dá)昆蟲學(xué)研究隊(duì)伍,隨后,Beerwinkle建造了一部只保留旋轉(zhuǎn)極化完全電腦控制的垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá),創(chuàng)造了在1990—1991年連續(xù)兩年自動(dòng)觀測(cè)的記錄,獲得了大量珍貴資料[40-41]。1991年,美國(guó)的兩支雷達(dá)隊(duì)伍合并成為害蟲區(qū)域治理研究組,又建造了1部跟蹤雷達(dá),并于1994年投入使用。1996年Wolf退休后,Beerwinkle率領(lǐng)該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開展工作。2000年以后,美國(guó)的昆蟲雷達(dá)研究工作銳減,發(fā)表文章數(shù)量也大不如從前。

3.4 加拿大

加拿大的雷達(dá)昆蟲學(xué)實(shí)踐最早始于1973年,當(dāng)時(shí)在英國(guó)昆蟲雷達(dá)專家的幫助下,利用機(jī)載雷達(dá)觀測(cè)了云杉色卷蛾Choristoneurafumiferana的遷飛[1]。后期,加拿大主要專注于便攜式昆蟲諧波雷達(dá)的研究,主要團(tuán)隊(duì)有紐布斯威克大學(xué)電子計(jì)算機(jī)系與加拿大農(nóng)業(yè)部,相關(guān)專家有Bruce Colpitts和Gilles Boiteau。他們利用便攜式諧波雷達(dá)先后追蹤了馬鈴薯甲蟲Leptinotarsadecemlineata、錨斑長(zhǎng)足瓢蟲Hippodamiaconvergens、異色瓢蟲等昆蟲的行為[26,42]。

3.5 中國(guó)

中國(guó)的雷達(dá)昆蟲學(xué)研究起步較晚,1984年,吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所的陳瑞鹿先生在澳大利亞Drake博士的幫助下,與無錫海星雷達(dá)廠合作,組建了中國(guó)第一臺(tái)車載式厘米波掃描昆蟲雷達(dá),并于1984年5月至6月在山西應(yīng)縣觀測(cè)了草地螟遷飛,從此揭開了中國(guó)雷達(dá)昆蟲學(xué)研究的序幕[43-44]。1998年,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所與無錫海星雷達(dá)廠合作,組建了中國(guó)第二部厘米波掃描昆蟲雷達(dá),該雷達(dá)先后被安放在河北廊坊、山東長(zhǎng)島等地,對(duì)北方重大遷飛性害蟲如草地螟、棉鈴蟲、甜菜夜蛾、綠盲蝽Apolyguslucorum等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)[45-47]。2001年,面對(duì)掃描昆蟲雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)方面存在的難題,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所的程登發(fā)研究員創(chuàng)新提出“RGB三色圖”計(jì)算監(jiān)測(cè)目標(biāo)飛行方向和速度的方法,并開發(fā)了數(shù)據(jù)采集與分析軟件,實(shí)現(xiàn)了掃描昆蟲雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集與分析自動(dòng)化,極大地推動(dòng)了掃描昆蟲雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展,為該類型雷達(dá)的推廣應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐[2-4,14]。

在垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)方面,2004年,程登發(fā)研究員引入垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)的設(shè)計(jì)理念,與成都錦江電子有限公司合作,建造了中國(guó)第一臺(tái)垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)并開展了野外監(jiān)測(cè)[48]。此后其他研究機(jī)構(gòu)不斷與成都錦江電子有限公司合作,開始嘗試按照國(guó)際二代標(biāo)準(zhǔn)建造垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá),目前正在試驗(yàn)之中。在二代垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)研制方面,無錫立洋電子科技有限公司也獲得重要進(jìn)展,目前,建制的二代垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)已經(jīng)可以解算出相應(yīng)參數(shù),相關(guān)設(shè)備的外觀正在優(yōu)化之中。為了觀測(cè)小型害蟲,2006年,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所與成都錦江電子有限公司合作,自主建成了我國(guó)第一部8.8 mm的毫米波掃描昆蟲雷達(dá),該雷達(dá)自建成以后一直安放在湘桂走廊上的廣西興安縣,用于監(jiān)測(cè)研究褐飛虱、白背飛虱和稻縱卷葉螟等水稻害蟲及其天敵的遷飛規(guī)律[16,49-50]。為了獲得害蟲在低空中的飛行參數(shù),擴(kuò)大雷達(dá)監(jiān)測(cè)范圍,增強(qiáng)雷達(dá)監(jiān)測(cè)能力,2006年,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)與南京信息工程大學(xué)合作,研制了世界上第一臺(tái)雙基多普勒垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)。該類型雷達(dá)的盲區(qū)縮短至約50 m,但目前可解算的目標(biāo)參數(shù)還比較有限[51]。此外,在昆蟲個(gè)體行為研究方面,2012年,長(zhǎng)江大學(xué)桂連友教授引入了諧波雷達(dá)技術(shù),對(duì)柑橘大實(shí)蠅Tetradacuscitri的活動(dòng)節(jié)律、取食特點(diǎn)、交配規(guī)律等生活習(xí)性開展定量觀察,以期為其綜合防控提供科學(xué)依據(jù)[52]。浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過與瑞典隆德大學(xué)(Lund University)合作開始利用激光雷達(dá)對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行精確判定[31]。

4 昆蟲雷達(dá)技術(shù)進(jìn)展

經(jīng)過幾十年的發(fā)展,昆蟲雷達(dá)除在類型方面逐步多樣化以外,在一些建制技術(shù)方面也取得了許多明顯進(jìn)步。

4.1 數(shù)字化昆蟲雷達(dá)替代模擬昆蟲雷達(dá)

模擬雷達(dá)是回波信號(hào)通過CRT顯示器展現(xiàn)的一類雷達(dá)系統(tǒng)。模擬雷達(dá)CRT顯示器的熒光屏不同于后期用于計(jì)算機(jī)終端的長(zhǎng)方形CRT顯示器。模擬雷達(dá)CRT顯示器的熒光屏通常為圓形,且具備“長(zhǎng)余輝”顯示性能。模擬雷達(dá)CRT顯示器的偏轉(zhuǎn)線圈由相互垂直的X軸和Y軸兩部分組成,當(dāng)X和Y兩個(gè)軸的偏轉(zhuǎn)線圈上加同步的鋸齒波電壓時(shí),就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子束的控制,從而在CRT熒光屏上形成一條掃描線。進(jìn)行PPI掃描時(shí),分別對(duì)兩路鋸齒波電壓進(jìn)行方位角正弦分量和余弦分量的調(diào)制,熒光屏的掃描線就可以與天線同步運(yùn)轉(zhuǎn)掃描。與此同時(shí),通過對(duì)CRT亮度進(jìn)行調(diào)制,使之與回波強(qiáng)度正相關(guān),這樣就可以在CRT屏幕上顯示雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)。根據(jù)上述工作原理可以發(fā)現(xiàn),模擬雷達(dá)沒有雷達(dá)信號(hào)的采集、處理和存儲(chǔ)過程,信號(hào)存儲(chǔ)需要錄像機(jī)或照相機(jī)進(jìn)行輔助存儲(chǔ)。雖然模擬雷達(dá)沒有直接的存儲(chǔ)功能和分析功能,但回波的畫面比較細(xì)膩。

隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了較高性能的AD轉(zhuǎn)換器件,可以將傳統(tǒng)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。由于該工作體制的雷達(dá)其主要接口是數(shù)字信號(hào),因此稱為“數(shù)字化雷達(dá)”。數(shù)字化雷達(dá)與模擬雷達(dá)最大的區(qū)別是數(shù)字化雷達(dá)的數(shù)據(jù)可以通過專用軟件將雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、運(yùn)算與分析,計(jì)算機(jī)終端代替了模擬雷達(dá)的顯示器。早期數(shù)字化雷達(dá)的缺點(diǎn)是由于受AD器件技術(shù)的影響,其采樣精度和速度不是太高,所采集的數(shù)據(jù)存在一定誤差,顯示的畫面也不夠細(xì)膩。近年來,隨著采樣技術(shù)的提高,新研制的昆蟲雷達(dá)都采用數(shù)字化技術(shù),傳統(tǒng)的模擬雷達(dá)也逐步進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)改造,數(shù)字化雷達(dá)已經(jīng)取代了模擬昆蟲雷達(dá)。

4.2 掃描昆蟲雷達(dá)的自動(dòng)伺服與分析能力大幅度提升

受伺服軟硬件的影響,早期的掃描昆蟲雷達(dá),不適于長(zhǎng)期自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),數(shù)據(jù)分析也需要耗費(fèi)使用者大量的時(shí)間和精力[3-4,20]。2001年,程登發(fā)研究員成功開發(fā)了相應(yīng)軟件,實(shí)現(xiàn)了掃描昆蟲雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集與分析自動(dòng)化,極大地推動(dòng)了掃描昆蟲雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展。但是在伺服方面,仍然沒有太多進(jìn)展。借用天氣雷達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)和早期掃描昆蟲雷達(dá)采集分析程序的結(jié)構(gòu),2016年,無錫立洋電子科技有限公司開發(fā)了伺服程序,該程序可以自動(dòng)按照設(shè)定的仰角進(jìn)行掃描,并實(shí)現(xiàn)了3PPI圖像的實(shí)時(shí)合成與存儲(chǔ)。通過非實(shí)時(shí)程序,可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。目前,相關(guān)軟件仍在不斷優(yōu)化之中。如果得以應(yīng)用,掃描昆蟲雷達(dá)的威力將會(huì)進(jìn)一步顯現(xiàn),實(shí)用性更強(qiáng)。

4.3 多模式雷達(dá)融合技術(shù)不斷推進(jìn)

單一運(yùn)轉(zhuǎn)模式的昆蟲雷達(dá)如掃描昆蟲雷達(dá)和垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)均各有優(yōu)缺點(diǎn)[12]。理論上,單一模式的昆蟲雷達(dá),無論如何優(yōu)化都無法消除其本身的不足,也無法實(shí)現(xiàn)相互取代。在同一站點(diǎn)架設(shè)相同頻率體制不同的2部雷達(dá)工作,會(huì)產(chǎn)生頻率干擾,同時(shí)成本也較高。如果兩種模式能有機(jī)地融合為一體,實(shí)現(xiàn)多模式運(yùn)轉(zhuǎn),昆蟲雷達(dá)的威力將大幅度提高?！半p模式昆蟲探測(cè)雷達(dá)”是指利用一套收發(fā)、信號(hào)采集處理及終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)掃描昆蟲雷達(dá)和垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)兩種雷達(dá)所有的探測(cè)功能的新型昆蟲探測(cè)雷達(dá)[53]。目前,無錫立洋電子科技有限公司在雙模式昆蟲雷達(dá)生產(chǎn)方面取得重要突破。2016年,該公司先后與北京市植物保護(hù)站、新疆師范大學(xué)等單位合作,研制生產(chǎn)出2部雙模式探測(cè)昆蟲雷達(dá),相關(guān)雷達(dá)正在測(cè)試運(yùn)轉(zhuǎn)之中。

5 展望

從1968年世界上第一臺(tái)昆蟲雷達(dá)在英國(guó)誕生算起,雷達(dá)昆蟲學(xué)已經(jīng)有近50年的發(fā)展歷程。在近50年的征程里,雖然雷達(dá)昆蟲學(xué)在昆蟲遷飛規(guī)律、個(gè)體覓食行為、定向行為等方面獲得了一系列的重要成果,但是現(xiàn)有結(jié)論仍然很難滿足農(nóng)業(yè)害蟲的定點(diǎn)、定時(shí)、定量測(cè)報(bào)需要,昆蟲行為仍有許多待解之謎。在中國(guó),近年來,遷飛性害蟲頻繁暴發(fā)。2008年,草地螟突襲北京,給糧食作物和正在籌備的奧運(yùn)會(huì)帶來了安全隱患[54]。2012年,華北、東北地區(qū)三代黏蟲大發(fā)生,對(duì)秋糧生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[55]。2013年,二代黏蟲在華北地區(qū)大暴發(fā),直接對(duì)春玉米造成危害并影響夏播玉米的安全。害蟲監(jiān)測(cè)是預(yù)警的重要基礎(chǔ),在制定決策過程中發(fā)揮著重要作用。與本地害蟲相比,遷飛性害蟲面臨的監(jiān)測(cè)難度更大,迫切需要引入昆蟲雷達(dá)等現(xiàn)代化手段[56]。昆蟲雷達(dá)系統(tǒng)雖然源于常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng),但是仍存在諸多區(qū)別。在雷達(dá)昆蟲學(xué)實(shí)踐中,昆蟲、雷達(dá)、計(jì)算機(jī)、氣象等相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜倚杓訌?qiáng)合作,不斷開展試驗(yàn),共同提升昆蟲雷達(dá)的制造、自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集分析與監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)水平。在今后的昆蟲雷達(dá)建制工作中,要積極利用行業(yè)技術(shù)進(jìn)步,例如可以采用雙極化技術(shù)提高目標(biāo)識(shí)別能力[57-58],引入固態(tài)發(fā)射機(jī),提升產(chǎn)品性能,降低運(yùn)行成本。在數(shù)據(jù)采集方面,要測(cè)試高性能的AD采樣技術(shù),提升空間分辨率。同時(shí),要積極推動(dòng)自動(dòng)化伺服技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá),奠定掃描昆蟲雷達(dá)的推廣應(yīng)用基礎(chǔ)。針對(duì)昆蟲學(xué)研究方面的特殊需求,科研單位與生產(chǎn)企業(yè)要加強(qiáng)合作,在提升雷達(dá)目標(biāo)的識(shí)別能力、縮短雷達(dá)盲區(qū)等方面不斷努力。積極推進(jìn)我國(guó)昆蟲雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè),制定統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),擴(kuò)大昆蟲雷達(dá)在生產(chǎn)上的應(yīng)用區(qū)域和范圍。值得慶幸的是,相關(guān)方面已經(jīng)取得一些重要進(jìn)展,雙路饋源技術(shù)、多模式融合、快速掃描等技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)為解決上述問題提供了嶄新思路[59-60]。

在充分發(fā)揮昆蟲雷達(dá)優(yōu)勢(shì)的同時(shí),必須清醒地意識(shí)到昆蟲雷達(dá)尚存在一些不足,雖然昆蟲雷達(dá)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)工具相比,取樣范圍有了顯著增加,但還是遠(yuǎn)小于需要探測(cè)的區(qū)域范圍。雖然垂直監(jiān)測(cè)昆蟲雷達(dá)可以獲得監(jiān)測(cè)對(duì)象的有用信息,但進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別,還需要借助其他手段對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)等進(jìn)行判斷[61]。另外雷達(dá)設(shè)備較為昂貴,在昆蟲雷達(dá)研究經(jīng)費(fèi)不足,技術(shù)不完善的情況下,還可以借鑒芬蘭、美國(guó)等國(guó)家在天氣雷達(dá)應(yīng)用上取得的經(jīng)驗(yàn),積極探索天氣雷達(dá)在害蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警中的作用,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)[4,62]。隨著行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,昆蟲雷達(dá)在害蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警和昆蟲學(xué)行為研究方面的應(yīng)用前景非常值得期待。

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(責(zé)任編輯： 田 喆)

Developmentofradarentomologyandrelatedprospectsforfutureapplication

Zhang Zhi1,2, Zhang Yunhui1, Jiang Yuying3, Zhang Luping4, Cheng Dengfa1

(1.StateKeyLaboratoryforBiologyofPlantDiseasesandInsectPests,InstituteofPlantProtection,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China; 2.BeijingPlantProtectionStation,Beijing100029,China;3.NationalAgro-TechnicalExtensionandServiceCentre,Beijing100025,China;4.WuxiLiyangElectronicTechnologyCo.,Ltd,Wuxi214028,China)

Many important achievements have been made in radar entomology with the efforts of several generations of entomologists after nearly 50 years’ development since 1968. For promoting the development of radar entomology in China, in this review, features and functions of main entomological radar, the discrimination between weather radar and entomological radar of similar type, the history of practice in radar entomology in serval important countries and progresses in the construction of entomological radar were presented. Finally, the proposals and prospects for the construction and application of entomological radar were summarized in this article.

entomological radar; scanning entomological radar; vertical-looking insect radar; insect harmonic radar; lidar; pest monitoring; building technology

S 431.9

： ADOI： 10.3969/j.issn.0529-1542.2017.05.003

2017-07-18

： 2017-08-03

北京市科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展投入項(xiàng)目(PXM2016_036203_000049);國(guó)家自然科學(xué)基金(31571998)

* 通信作者 E-mail：yhzhang@ippcaas.cn