1.无形的浪潮与守望的明眸
试想一下这般场景：广袤田野的上空，暮色四合之际，一股由数以亿计微小生命体汇聚而成的洪流正借助强劲的高空气流，悄然跨越山川湖海。它们并非带来生命的信使，而往往是令人谈之色变的“空中劫掠者”——迁飞性农业害虫。沙漠蝗如浪席卷，一夜之间可将万亩青苗化为赤地；草地贪夜蛾犹如鬼魅，繁殖迅速且嗜食玉米等作物，短短数日可让辛勤耕耘的成果化为乌有；稻飞虱虽小却能成灾，吸食稻株汁液导致“虱烧”绝收。2020年肆虐东非的世纪蝗灾便是一个令人触目惊心的佐证：一个覆盖面积仅一平方公里的中等规模蝗群（约含1亿只沙漠蝗）每天就能啃噬掉相当于3.5万人一天所需的全部口粮！这些微小生物所掀起的无形浪潮，是全球粮食安全面临的严峻挑战。
面对这些在高空高速运动的“隐形入侵者”，我们能否发展出如同军事雷达捕捉入侵敌机般强大的技术手段，实时、大范围地感知并预警它们的迁飞动向？这无疑是现代智慧农业发展的迫切需求。于是，一门融合了昆虫学、雷达遥感、电子与信息科学的交叉领域——昆虫雷达学应运而生。它不仅是科学家探究昆虫迁飞奥秘的“超级望远镜”，更是守护万顷良田的前沿哨兵，为农业灾害的主动防御点亮了科技明眸。
2. 破茧成蝶：北理工高分辨全极化昆虫雷达——洞察精微的科技之眼
自1968年诞生于英国以来，专用昆虫雷达经历了从扫描昆虫雷达到第一代、第二代垂直昆虫雷达的持续发展。这些设备在全球迁飞昆虫研究的不同阶段，均扮演了不可或缺的关键角色。然而，随着研究需求的不断提升，传统昆虫雷达的技术局限性也日益凸显，成为深入理解昆虫迁飞规律和提升精准预警防控能力的瓶颈。由于雷达分辨率低、信息测量维度少，传统昆虫仅能探测中大体型昆虫（如蝗虫、蛾类），而对于蚜虫等微小型昆虫就几乎看不到了。此外，传统昆虫雷达几乎不具备基于雷达特征对昆虫进行分类识别的能力。这种“见物不见类”的困境，导致传统雷达只能泛泛地告知“有大量昆虫在迁移”，却无法针对性指出“是哪些重要害虫？威胁程度如何？”，严重削弱了雷达预警在高效虫害防治中的直接价值。
面对传统昆虫雷达的测量能力瓶颈，北京理工大学雷达技术研究院民用雷达研究所历经十年潜心研究，在国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目（部门推荐）近1个亿经费的支持下，突破性地研制成功了具有完全自主知识产权、达到国际领先水平的国之重器——面向动物迁飞机理分析的高分辨多维协同雷达测量仪。该雷达设备并非传统昆虫雷达的简单改进，而是面向昆虫探测需求，从雷达探测体制（硬件躯体）到算法（灵魂）的深度定制和跨越式创新。该雷达拥有三大核心创新技术，它们共同构成其无以伦比的探测优势：
（1）高分辨：超越以往的精细刻画能力
传统雷达由于硬件和设计理念限制，距离分辨能力有限，经常会把几只挨着飞的昆虫“看成”模糊的一团，分不清到底是几个目标。该型雷达采用了先进的调频步进频率宽带数字合成信号体制与高速实时信号处理技术。这使其具备了20厘米的超精细距离分辨能力。这就好比一个近视的人戴上了合适的眼镜——原本模糊一片的虫群，瞬间变得清晰可辨的一个个昆虫个体，极大减少了因虫群密集而导致的信号混杂问题。高分辨率是准确统计虫群数量、并进一步分析个体特征（如大小、体重、振翅频率）的基础。
图 1 高分辨多维协同雷达测量仪
（2）全极化、多频段、多站协同：揭示昆虫姿态与形态的密码锁
高分辨多维协同雷达测量仪是具备全极化、多频段、多站协同测量能力的雷达。该仪器由1部高分辨相控阵雷达和3部多频段全极化雷达构成。每部多频段全极化雷达独特设计的多频段和全极化收发系统，能够同时、独立地接收并精确测量目标回波在5个频段下全部4种不同极化组合（包括水平发-水平收、水平发-垂直收等）信号信息，如同同时用20种颜色的特殊探照灯（5个频段×4种极化状态）照射昆虫。不同种类、不同大小、甚至不同朝向的昆虫，对这20种“光”的反射模式都是独一无二的，就像每一类昆虫都有自己的“多频段极化电磁指纹”。在1部高分辨相控阵雷达引导下，通过3部多频段全极化雷达协同测量同一头昆虫目标，可解读在不同角度下昆虫的丰富信息“指纹”，由此可准确推断出昆虫的三维头部朝向、体重、体长、振翅频率等关键特征。可以说，全极化、多频段、多站协同测量就像为飞行的昆虫做了一次实时的“全息电磁CT扫描”，为科学家反演昆虫特征参数提供了至关重要的技术手段。
（3）高精度算法：昆虫身份精准解码的洞察引擎
让冰冷的雷达系统能够自动测量空中迁飞昆虫的体重、体长、头部朝向、振翅频率等参数并识别昆虫身份信息，是一项充满挑战的复杂系统工程。除了让雷达具备高分辨、全极化、多频段、多站协同的全新硬件体制，还需要为雷达注入全新的昆虫参数测量算法的灵魂，以最大化程度地发挥出昆虫雷达的性能。
为了研发基于高分辨+全极化+多频段+多站协同的昆虫参数测量算法，科研团队首先在微波暗室和外场开展了大量测量实验，经过数年努力，构建了包含草地贪夜蛾、稻飞虱等数十种超过1000头的高质量的真实昆虫多频段全极化散射实测数据，充分研究不同昆虫对电磁波的反射特性，为创新算法的研发构筑坚实的基石。
在此基础上，充分挖掘昆虫体重、体长、头部朝向、振翅频率等参数与其电磁散射特征之间的映射关系，通过对昆虫雷达回波信号的解译，突破了昆虫体重、体长、头部朝向、振翅频率等特征信息反演以及昆虫种类辨识难题。团队首次实现对昆虫头部朝向的精确反演，通过建立身体朝向与极化回波的对应模型，将测量误差控制在2°以内，解决了传统雷达90°误判的难题。在体型参数测量方面，研究团队提取了11项对姿态不敏感的极化特征，通过智能算法建立起雷达特征与真实体型参数的精确映射，使体长和体宽测量误差分别降至8.11%和16.08%，体重测量误差从40%大幅降低至4.3%。针对振翅频率检测，团队开发了创新的信号处理技术，通过干扰分离和能量聚合实现了0.43Hz的测量精度，并将成功率从12%提升至93%。在种类识别方面，团队构建了22维特征体系和XGBoost分类模型，对9种270头迁飞害虫的识别率超过90%，实现了毫米级昆虫的精准辨识。这些创新方法支撑发表高水平论文100余篇，包括IEEE TAES、IEEE TGRS顶级期刊等SCI论文40余篇，授权/受理国家发明专利89项（50项已授权）。这些突破性进展为迁飞害虫监测提供了全新的技术手段。
3.田野实战：从科技突破到粮仓卫士的力量转变
理论的成功离不开实践的淬炼。高分辨多维协同雷达测量仪这一前沿科技成果不再仅仅局限于实验室与测试报告上闪耀，它已奔赴虫害防控第一线的辽阔战场，部署在山东东营国家级农业高新技术产业区，该地位于我国北方最重要的渤海湾昆虫迁飞通道，是119种昆虫进出华北—东北农业区的必经之地。自2021年9月开始观测以来，这双“眼睛”已经发现了昆虫迁飞的多层精细分布等新现象，并揭示了风、温等气象因素如何诱导昆虫分层迁飞的机制，新科学发现已发表在中国工程院院刊《Engineering》（影响因子11.6）。这些发现为全国的迁飞虫害预测提供了核心的科学支撑。
为了让雷达能更灵活地部署到全国各地的田间地头，科研团队还成功研制了小型化版本——高分辨全极化昆虫雷达。截至2026年4月，已有15台该型雷达已被优先部署在我国及东南亚迁飞害虫防控的关键区域，包括云南（防范东南亚入侵害虫）、广东、浙江（重点防控稻飞虱）、山东（作为连接东北与华北平原的虫害迁飞要道）、河南（重要农作物产区）、老挝万象（监测东南亚国外虫源）。建立了区域性迁飞虫情“预警雷达网”。
图 2小型化高分辨全极化昆虫雷达
图 3 昆虫监测雷达全国布设情况（2019-2025年）
图 4 部署于山东长岛县的高分辨全极化昆虫雷达2025年8月26日监测结果
自2019年至今，该系统已成功监测到150起典型的害虫迁飞事件，获取了褐飞虱、棉铃虫、草地贪夜蛾、黏虫等30多种重大迁飞害虫（其中包括6种国家一类农作物害虫）的种群动态与迁移路径，为我国迁飞性害虫的实时监测与科学防控提供了宝贵的一手资料。其中，一个非常成功的案例，是对我国一类害虫——草地贪夜蛾入侵过程的全程监测。草地贪夜蛾原产于美洲热带和亚热带地区，是一种严重危害玉米、小麦和水稻等重要作物的迁飞害虫。自2016年首次进入西非后，迅速引发全球关注，联合国粮农组织曾向多国发出预警。2018年12月，该虫首次从缅甸迁飞进入我国云南。部署在云南省澜沧、江城、寻甸等地的高分辨全极化昆虫雷达，成功捕捉到草地贪夜蛾的迁飞动态，并精准获取了每头昆虫的飞行高度、速度、身体朝向、振翅频率、体长与体重等关键参数。借助这些雷达监测数据，研究人员深入分析了这一害虫的迁飞规律和集群定向行为，准确模拟出其入境路径。在2021年10月7日至8日期间，江城与寻甸的雷达站均监测到草地贪夜蛾的迁飞高峰。通过分析昆虫朝向和风温场数据，轨迹模拟显示虫群正自东向西北方向迁飞，这一结果与地面灯诱监测的数据高度吻合。该雷达系统为草地贪夜蛾的实时预警提供了关键技术支持，显著提升了我国迁飞害虫“空—地”一体化防控能力。这一工作响应了国家“虫口夺粮”的关切，相关成果支撑的防控工作还获得了2024年世界粮农组织的成就奖。
民用雷达所研制的昆虫雷达多次受到人民日报、新华社、机关刊物《求是》、央视CCTV13新闻频道和CCTV17农业农村频道等多家主流媒体多次报道，雷达工作画面还成为央视农村农业频道整点报时视频，为大众科普了迁飞性虫害雷达监测-阻截技术，提升了大众对“虫口夺粮”绿色科学防控的认知。该成果获得2024年中国电子学会技术发明特等奖、2025年山东省技术发明特等奖。依托该研究方向，组建“虫口夺粮”学生团队获共青团中央全国大学生社会实践优秀团队，积累获国家双创竞赛等奖项19次，包括“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛全国金奖、全国大学生课外学术科技作品竞赛全国一等奖等，为国家培养了一批信息-农业学科交叉的青年后备人才。
