河南日报社三农全媒体中心记者 李丽
在农业农村部公布的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。这些夜间高空风载迁飞害虫“来无影去无踪”，常常导致异地突然爆发，严重威胁粮食安全。昆虫雷达可搜集“虫害情报”，实现“精准监控”，根据迁飞规律制定更加有效的害虫防控策略。近日，河南省农科院植物保护研究所所长封洪强研究员在这一领域实现重大突破，系列研究论文发布在业界顶尖专业杂志。论文详细介绍了亚洲第一部高分辨率旋转极化垂直昆虫雷达，并早于去年4月，该雷达长期观测的使用结果发表在PNAS上。PNAS(缩写）杂志是美国国家科学院院刊,公认的世界四大名刊之一,代表着国际最高科研水平。是省农科院首次以第一单位在PNAS上发表论文。
新的“垂直雷达”，实现对空中迁飞昆虫进行长期自动监测，获得高空昆虫的体型参数（质量、体型及振翅频率）和飞行参数（飞行时间、高度、飞行速度、飞行方向、体轴方向及爬升速度）等。达到亚洲第一水平！为此，记者专访河南省农科院植保所所长封洪强研究员，了解亚洲第一“昆虫雷达”研发背后的故事。
地球上每年有数以万亿计的昆虫在南北往返迁飞，在我国大部分是农业害虫。昆虫雷达怎么工作的？在封所长的手机视频里，记者了解了新版“昆虫雷达”工作的模样、运作机理，也了解到成果背后的坚持与不易。“一会儿燃起希望、一会儿走向绝望”，20年间，这样的心理落差感，反复锤打，最终建立了中国的科技科研自信。
昆虫雷达发展史
昆虫雷达技术发展历程是怎样的？上世纪90年代，在英国和澳大利亚部署了自动运行的旋转极化垂直昆虫雷达（VLR），用于对高空飞行昆虫进行长期监测。而我国自上世纪80年代开始，一直使用传统的扫描昆虫雷达。
“昆虫雷达技术，最早是军事领域。可以追溯到上世纪第二次世界大战期间，当时军用雷达上在晴朗的天空无敌机入侵的情况下能看到许多不明飞行物，当时被称为‘天使’。1949年贝尔实验室证明了天使就是昆虫，开启了使用雷达探测昆虫的时代。1968年由英国科学家建造专门用于观测昆虫的雷达，标志着雷达昆虫学的开始。”吉林农科院陈瑞鹿先生于1982年按照英国人的设计建造了我国第一部昆虫雷达。开展了东方粘虫、草地螟等的迁飞研究，为我国雷达昆虫学的发展奠定了基础。
上世纪80、90年代我国棉铃虫大暴发，成为全国昆虫学家研究的焦点。中国农科院的吴孔明院士通过对棉铃虫滞育的研究和在渤海海面上航捕提出棉铃虫具有兼性迁飞习性，并提出用昆虫雷达研究它的迁飞行为。在一众前辈的努力下，1998年有了我国第二部昆虫雷达。
昆虫雷达探索“萌芽”
一辈接着一辈干。“2000年我考入中国农科院研究生院，在吴孔明院士的指导下攻读博士学位。吴孔明院士说：“你来搞昆虫雷达吧，准能搞出名堂来！”
2001年春，吴孔明带队把雷达车从北京开到中国农科院廊坊基地。“我和后来陆续到来的几个研究生和大学实习生组成了一个观测小组，在这里开始了日复一日的野外观测。我们每天晚上打开昆虫雷达进行探测，同时用探照灯诱虫器诱集高空飞行的昆虫，第二天白天鉴定诱到的昆虫并分类计数以辅助鉴别雷达目标。还找来北京市气象局的专家指导。由于当时用的是扫描昆虫雷达，数据分析极其繁琐且费时。中国农科院的程登发研究员（我的副导师）升级开发了一套采集与分析程序，大大减少了原本工作量。我就用这套系统在廊坊观测了2年，后来又把雷达运到位于渤海海峡中间进行岛上观测。这一系列研究，在二十一世纪第一个十年共发表了10篇SCI论文（上世纪90年代4篇，80年代1篇），开创了我国独立自主进行雷达昆虫学研究的新时代，奠定了我国雷达昆虫学研究在国际上的地位。”
封洪强正进行自主研发的雷达信号分析软件培训
我国有了真正意义上第一部“垂直昆虫雷达”
“2003年我从中国农科院毕业后，先到南京农业大学任讲师，2004年来到河南省农科院工作。“当年获得国家自然科学基金青年基金的支持，开始了我在河南的雷达昆虫学研究。在那个时候我们国家的昆虫雷达研究是远远落后于国外的。”
国际上从上个世纪90年代末开始使用旋转极化的垂直昆虫雷达，对昆虫的迁飞进行连续的自动观测。2004年，中国农科院程登发研究员尝试建成一部垂直昆虫雷达。由于当时他只有30万元经费，找了几家雷达厂都没人接这个活。后来他找到成都锦江电子系统工程有限公司，当时的张秀太副总经理看中了这个新方向，表示就算赔钱也要造出垂直昆虫雷达来。但由于当时的经费和技术的限制，所建造的垂直雷达每分钟只能转6-7圈，与国际上垂直昆虫雷达的300圈/分钟差得太远，所以没有达到国际上的设计指标。2006年2月13日机会来了。经过与上级领导的沟通、协调，终于得到财政厅经费资助。
获得支持后，这部雷达是河南省第一部昆虫雷达，于2009年安装到位。这部雷达也是我国第一部真正意义上的旋转极化垂直昆虫雷达。
搞出了雷达，还需要对采集信号进行数据分析。“我于2008年和2009年两次访问英国洛桑实验站，进行详细学习。2010年，旋转极化垂直昆虫雷达开始连续观测，但是当时还不具备对收集数据的分析技术。”2011年，邀请澳大利亚的Alistair Drake博士来河南省农科院访学，才得知“我们的垂直昆虫雷达没有采集到任何有用的信号，原因是给我们建造的厂家是按照气象雷达的标准制造的，这个雷达上的昆虫信号被当作干扰全部滤掉了。”两年的观测，没有得到任何有价值的信息。这对我们来说是一个巨大的打击。
怎么修改配置？由于昆虫雷达是非常小众的产品，“在求助无果的情况下，我决定自己干。2011年在国家留学基金委的支持下我去了澳大利亚学习，开始攻克难题。”
正在进行测风经纬仪 操作培训
国内外协同合作，攻破难关
在国外雷达昆虫学家和国内许多工程师的帮助下，2014年完成了数字化采集系统的改造。采集到了信号。但问题又来了。“信号我们分析不了。在我们改造之前雷达的数字采集系统的数字化频率只有3M，我们改造之后，数字化频率达到了80M，改造前数字化精度是8位，改造后数字化精度是14位。这大大提高了雷达的数字化精度和数据采集的频率。也由原来的每50米采集一个数据点，提升到了每1.875米采集一个数据点。在升级了数据采集技术之后，传统的分析技术无法使用了。为了解决这个问题。我自己开发了一套数据分析软件。这套软件可以有效的提取高分辨率旋转极化垂直昆虫雷达的目标，并且可以把每一个目标的飞行高度、飞行速度、振翅频率、昆虫的质量等参数解析出来。”
在河南省科技厅的支持下，邀请英国洛桑实验站的团队，把英国的旋转极化垂直昆虫雷达运到中国来，进行对比观测。这期间也经历了非常复杂的过程。一年多后，终于在2016年把雷达运到了河南省农科院的二基地。但是雷达安装之后已经10月底了，没有昆虫在飞了。2017年，国际团队同我们中国的团队一道开展了联合观测。参加这次联合观测的还有中国农科院植保所、南京农大、吉林农科院、新疆师范大学等单位的研究人员和学生。并获取了十分珍贵的数据。“在这次对比观测之后发现，我们国家的昆虫雷达已达到了国际领先水平，在某些方面甚至超越了英国的传统旋转极化垂直昆虫雷达。这为我们下一步的昆虫雷达的推广奠定了良好的基础。”
从“做雷达”到“卖雷达”
边做边试，边完善边推广。
“从2014年开始，我们进一步将探测盲区从业内常规的200m降低到70m左右，距离探测精度由50m提高到1.25m，可以清晰地探测到昆虫的起降行为。”这一次不是气象天线改造的昆虫雷达，是真正的专门为监测昆虫而设计的雷达。在此基础上，研发出业内首部双模式昆虫雷达，即在一部雷达的基础上，实现以往需要两部雷达（扫描昆虫雷达和垂直昆虫雷达）才能完成的所有探测功能。
2017年首届国际雷达空中生态学会议在罗马召开，我作为中国唯一的代表参加了会议并报告了我们在昆虫雷达方面取得的进展，并争取下届会议到中国举办。2019年，鉴于我们在旋转极化垂直昆虫雷达研究方面取得的一系列进展，第二届国际雷达空中生态学会议在郑州召开。也实现了从“做雷达”到“卖雷达”，也是世界上实现国际间销售的第一部昆虫雷达。
在这次会议上的崭露头角，赢得了一笔以色列“订单”。以色列一位鸟类学家参观了我们的昆虫雷达站，最终决定采购我们中国制造的昆虫雷达。“在上个世纪末的时候，我们也曾经想从国外采购昆虫雷达，但是由于种种原因都没有成功。所以我们这次昆虫雷达的出口也为昆虫雷达学的国际合作奠定了良好的基础。2022年，与英国的利兹大学完成了第二笔合作。“谈判的过程非常详细，经历一年之久，这部雷达于2023年11月份正式交付。”这是我国出口的第二部昆虫雷达。标志着我们国家旋转极化垂直昆虫雷达技术已经走向了成熟。
搜集“虫害情报”，保障我国粮食安全
2018年开始，我和我的助手黄建荣博士、英国的Jason Chapman、南京农大的胡高教授等合作者，把我们的昆虫雷达连续多年观测的数据进行了分析，并结合空中网捕和探照灯诱虫数据，分析了我国东部地区昆虫迁飞的规模和季节性定向行为的论文。该文于2024年4月23日美国科学院院刊(缩写PNAS)在线发表。这是我院首次以第一单位在PNAS上发表论文，距我上一次在国际上发表雷达昆虫学论文过去了15年，距我来到河南省农业科学院工作过去了20年。这篇文章的发表标志着我国昆虫雷达技术的发展进入一个新阶段，我国昆虫迁飞研究达到了一个新高度。
回首20年的努力，创新道路上布满了荆棘，但是我从未放弃，一直默默地探索。20年光阴弹指一挥间，但是最终我建立了我所期望的昆虫雷达技术。“有了这些技术，我想以后的发展会进展快一些。目前的昆虫雷达还只是用于对迁飞昆虫的监测和开展科学研究。接下来，我将致力于研究如何利用昆虫雷达监测到的实时信息对虫害的发生发出预警，为保障国家粮食安全作出应有的贡献。”
