科技日報記者 馬愛平

9.3萬億！這是每年夜間穿越我國東部地區上空遷飛昆蟲的數量。它們趁著夜色在高空悄悄遷移，像一支看不見的“空中軍團”，來無影去無蹤，卻嚴重威脅著我國糧食安全。

農業農村部公布的11種一類害蟲中，有8種是遷飛害蟲，其中6種是夜間高空風載遷飛害蟲。稻飛虱、草地貪夜蛾、棉鈴蟲……這些看似微小的蟲子，每年可造成我國糧食損失超2000萬噸。

要想防治這些害蟲，就得先精準測報蟲情。此前，世界上僅少數國家擁有自動運行的垂直昆蟲雷達。我國夜間高空風載遷飛害蟲的監測，長期處于“看不清、追不著、測不準”的被動局面。從2006年到2026年，河南省農業科學院植物保護研究所所長封洪強帶領研發團隊，歷時20年，先后攻克盲區、識別、標定等一系列難關，研制出全球領先的高分辨率旋轉極化垂直昆蟲雷達。

“撈出”有效信號

傳統昆蟲雷達是“遠視眼”，天生有個“缺陷”——近距離盲區。

“發射與接收共用一個天線，導致雷達系統必然存在盲區。就像人的眼睛看不清緊貼鼻尖的東西一樣，雷達也無法探測離天線太近的目標?！狈夂閺姼嬖V科技日報記者，這一盲區大約在150米。這意味著，所有在150米以下低空活動的昆蟲，雷達都“看”不到。

但封洪強在長期觀測中發現，盲區的“邊緣”并非一片死寂——那些被噪聲淹沒的微弱信號中，依然藏有昆蟲的蹤跡。他分析判斷，如果能從噪聲中“撈出”有效信號，盲區一定能大大壓縮。

解決問題的關鍵在于噪聲閾值的設定。傳統昆蟲雷達采用“固定閾值法”——設置一個固定的噪聲水平，高于它算目標，低于它當噪聲丟掉。但昆蟲有大有小，背景噪聲也會隨環境變化而變化。閾值設低了，噪聲會被誤判為目標，導致“草木皆兵”；閾值設高了，真實目標又會被過濾掉，致使“一葉障目”。

如何科學地設定噪聲閾值？封洪強一時沒有找到答案。

轉機出現在一次國際合作交流中。在與瑞典隆德大學激光雷達專家交流時，封洪強發現對方采用一種“動態閾值”方法，消除了昆蟲體形大小對振翅頻率計算的影響?！凹す饫走_能這么做，昆蟲雷達為什么不能？”一個大膽的設想在他腦中浮現。

圍繞這一設想，研發團隊開始密集攻關。他們創造性設計出一套“動態噪聲閾值”算法。這種算法不再用一個固定值“一刀切”，而是實時計算每1.875米高度層的獨立噪聲基線，再根據不同高度、不同時段的噪聲水平動態調整閾值，精準過濾干擾，從“噪聲海洋”中鎖定每一只昆蟲信號。

原理看似簡單，落地絕非易事。為了驗證算法穩定性，團隊在試驗基地連續駐守3年，不分晝夜采集數據。盛夏的雷達站，白天溫度高達40℃，儀器發燙，他們汗流浹背；夜晚蚊蟲叮咬，他們渾身是包，刺癢難忍仍緊盯屏幕記錄參數。

無數次失敗、無數次調試，終于迎來曙光——當70米低空遷飛昆蟲信號第一次清晰呈現在屏幕上時，團隊成員激動得徹夜未眠。

“這意味著，那些危險的低空遷飛害蟲，再也逃不過雷達的‘眼睛’！”封洪強說。這一突破，讓我國昆蟲雷達的低空監測能力躍居全球首位，為精準預警遷飛昆蟲筑牢了第一道防線。

“三步”識別目標

盲區被成功壓縮，但如何在高密度信號中精準分辨昆蟲，又成為新的難點。

傳統垂直雷達的數字化精度僅為50米甚至75米，在這樣的分辨率下，當多只昆蟲同時出現在一個采樣空間內，雷達只能“記錄”回波最強的那個信號，其他目標則被忽略。

為了提高分辨率，研發團隊考慮將數字化精度同步提升至1.875米。這意味著雷達“視力”將更好，但也帶來新的麻煩：一只昆蟲穿過雷達波束時，會被反復測量十幾次，產生大量重復數據。如何快速識別哪些數據來自同一只昆蟲，成為數據處理的關鍵。處理不好，數據量會暴增十幾倍，運算資源將被大量浪費，整個監測系統都有可能陷入癱瘓。

“如果把每個昆蟲回波信號比作平原上突起的一個個小山包，”封洪強向團隊描述這個問題時，用了一個形象的比喻，“我們要做的，就是把這些小山包一個一個準確地找出來?！?/p>

彼時，國際上還沒有現成的方法可以借鑒。就在團隊一籌莫展之際，剛從國外留學歸來的科研助理田果帶來了全新思路。曾做過從視頻中提取汽車目標的他突發奇想：“能不能把雷達信號轉換成圖片，像提取汽車圖像那樣提取昆蟲目標？”

一個全新的方案由此誕生。團隊反復研究后，將提取過程簡化為“三步法”：首先確定噪聲閾值；然后將信號轉換為二值位圖——高于噪聲點顯示為白色，反之顯示為黑色；最后借助計算機視覺系統，快速、準確、完整地捕捉到每一只昆蟲的信號。

看似簡單的三步，背后是數萬次代碼調試和數據驗證。為了讓算法適配不同昆蟲、不同高度、不同天氣的信號特征，團隊把多年積累的數百萬條雷達數據全部“喂”給算法，逐條比對、反復優化?！坝袝r為了修正一個微小的識別誤差，大家連續幾天幾夜泡在實驗室，餓了吃泡面，困了在椅子上瞇一會兒?！碧锕貞洝?/p>

水滴石穿，終獲突破。實測顯示，三步識別法不僅將流程簡化70%、處理效率提升超10倍，還能精準區分重疊昆蟲、剔除重復數據，實現全目標識別。而此時，澳大利亞相關團隊仍在使用繁瑣的“十步法”。當他們得知中國研發出更高效的識別方法時，不禁驚嘆：“沒想到你們用如此簡潔的方法，巧妙地解決了困擾我們多年的難題！”

“自然”標定雷達

要讓雷達測得準、測得穩，一套科學可靠的標定體系必不可少。

“就像天平需要標準砝碼來校準一樣，每一部雷達投入使用前都須經過嚴格的標定。在國外，這項工作需要建設專門的標定設施，不僅造價高達上千萬元，而且雷達每次維修后都需運回標定場地重新標定，成本高昂?！眻F隊成員黃博告訴記者。

面對這個難題，研發團隊選擇了一條完全不同的道路——用“自然”來校準雷達?！拔覀儾捎玫姆桨甘且惶缀w高度、質量、速率的‘組合拳’?！狈夂閺娬f。

為了精準標定測量高度，團隊使用多旋翼無人機懸停在雷達上方200米高空，同步啟動雷達實時采集模式，通過比對雷達測量高度與激光測距儀測得的無人機實際高度，開發出適應不同硬件的高度校正算法，有效解決雷達的高度探測誤差難題。

與此同時，借助我國自然界中昆蟲種類多樣性的特點，團隊將雷達監測到的不同質量昆蟲的最大探測高度與理論預測值相比較，并將探照燈誘蟲器捕獲昆蟲的質量分布與雷達監測數據進行比對，校準了雷達對各類昆蟲質量測定的精度。

“針對昆蟲遷飛動態的測量，我們則使用探空氣球和經緯儀，先測量出空中不同高度的風向風速，再用雷達測得的昆蟲移動矢量推算出風向風速，然后將兩者數據進行回歸分析，確保雷達對目標移動方向和速率的測量準確可靠。”封洪強說。

春夏秋冬，一年四季，團隊足跡遍布大江南北，在各種自然環境中驗證這套標定方案?！坝修r田的地方都是我們的試驗場，大家經常渾身是泥，卻又得小心翼翼‘伺候’著各種設備，讓其一塵不染、保養如新?！秉S博笑道，“最終定型的‘自然標定法’不僅將標定成本壓縮至傳統方法的十分之一，更重要的是，它讓雷達野外標定變得靈活便捷?！?/p>

2025年10月，該雷達獲聯合國糧農組織植物健康管理領域全球技術卓越獎。如今，這部全球領先的首部高分辨率旋轉極化垂直昆蟲雷達，已實現對70至1810米高空遷飛昆蟲的自動監測，能夠精準識別昆蟲體型、振翅頻率及其三維運動軌跡。

20年追蟲，研發團隊終于給夜間高空風載遷飛昆蟲監測裝上了“天眼”。面向未來，封洪強信心滿懷：“我們將持續深耕昆蟲雷達領域核心技術，不斷筑牢我國糧食安全防線，讓這只‘天眼’守望豐收，守護大國糧倉。”