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中国第一台微波光子雷达诞生 图像分辨率比国际高一个数量级

2017-06-13 10:09:45

科技日报6月12日报道,中科院电子学研究所网站12日披露,该所成功研制出我国第一台微波光子雷达样机,并通过外场非合作目标成像测试,获得国内第一幅微波光子雷达成像图样,在图像分辨率上比国际水平高出一个数量级。

微波光子雷达作为前沿科技项目,是结合了微波光子技术和雷达技术的多学科交叉领域,微波光子雷达作为雷达发展的新形态,能有效克服传统电子器件的技术瓶颈,改善和提高传统雷达多项技术性能,为雷达等电子装备技术与形态带来变革。

微波光子技术在电子系统中的发展历程

微波光子学最早的应用起源于70年代,应用于对太空的通讯。而微波光子雷达最早的研究开始于1995年。

世界上第一部真正算得上微波光子雷达样机的是2009年启动的意大利PHODIR项目,2013年实现对非合作民航客机的跟踪和测量

到2016年5月,世界首部双波段微波光子雷达实现了对空中和海上非合作目标的ISAR成像。

图为:(A)波音737-800飞机,(B)和(C)是利用S波段和X波段对该飞机的ISAR成像结果;(D)目标油轮,(E)和(F)是S波段和X波段对油轮的ISAR成像结果

而此次中科院电子所成功研制了国内首部微波光子雷达样机。样机并进行了外场非合作目标的逆合成孔径成像测试,获得了国内第一幅微波光子雷达成像图样,推动了新技术新体制雷达研究的发展。

中国首部微波光子雷达采用双站雷达体制和光子架构,在发射机和接收机的射频前端分别引入雷达信号微波光子产生和去调频接收技术,能够支持宽带工作,具有提升距离向分辨率的潜力。外场获得的图像分辨率比已知报道的国际同类微波光子雷达提高一个数量级,图像清晰度也有明显提升。

对比发表在《自然》杂志上的国外微波光子雷达系统所进行的外场成像结果,如图2所示,电子所的微波光子雷达系统成像结果具有明显的改善

采访过程中,微波光子雷达样机的研制负责人李王哲研究员告诉科技日报记者,研究团队对雷达总体光子架构设计、雷达信号光子产生和光子压缩处理,以及成像算法等关键技术进行了攻关;在经过实验平台原理验证、微波暗室转台实验、系统集成联调和外场试验等一系列测试后,成功实现了对空中随机目标——波音737飞机的快速成像。

在此次外场测试中,对包含波音737飞机在内的不同机型、不同距离、不同视角下进行了成像测试。得益于微波光子雷达架构,以及光子技术在宽带信号产生、处理以及系统杂散抑制等方面的独特优势,微波光子雷达成像快,分辨率高,能够清晰的识别目标的结构细节,比如飞机发动机、尾翼以及襟翼导轨等结构。测试过程充分展示了微波光子雷达对目标结构特征的辨识能力优势。

作为中国科学院电子所一室的重点研究项目,微波光子雷达的研究得到了中科院科技创新重点部署项目、中科院率先行动计划、微波光子成像雷达技术验证测试平台修购项目的支持。电子所微波光子及雷达成像技术研究团队,引进了两位海外青年千人,李王哲研究员和李若明博士入所开展工作。整个研究团队以李王哲研究员牵头,结合一室在雷达技术方面的专业力量和研究经验,通过不同学科间的碰撞融合、不同专业技术人员间的交流协作,有力推动了微波光子雷达研究在一室的发展。

从2015年下半年开始,相关专业团队团结一致,克服困难,协同创新,先后完成了微波光子成像雷达系统设计论证,宽带雷达信号的光子产生和光子去调频接收等关键技术攻关,以及相关成像算法研发。在经过实验室原理验证、暗室点目标成像实验和系统集成联调后,最终实现了在外场对非合作目标的成像测试,成功验证了该部微波光子雷达的可行性。研究成果已经被国际期刊《Optics Express》(《光学快讯》)接收,即将发表。


李王哲研究员教育背景:

2000-09--2004-06   西安交通大学   本科学士

2004-09--2007-06   清华大学   硕士学位

2007-11--2013-04   渥太华大学   博士学位

研究领域

1. 基于光子技术的合成孔径雷达(SAR)

未来各类先进电子雷达,包括SAR,在带宽、处理速度、体积功耗等各方面因受到传统电子技术的限制而存在发展瓶颈;而利用在借助光通信领域发展而日渐成熟的光子技术,可以突破上述瓶颈,实现更高性能的SAR系统,甚至可以发展为除了成像外,融合其他诸如侦查、通信、干扰等多种功能于一体的先进雷达系统。研究内容主要包括:可调谐宽带光电振荡器;高线性、高动态、宽带微波光子射频前端;基于光子色散的傅里叶变换\反变换系统;光子辅助模数转换系统;微波信号的光子处理技术;基于光载超宽带的分布式雷达等。

2. 基于微波成像的微波光子传感器

借鉴微波成像技术的优良环境适应性,结合微波光子在硬件系统能力上的提升和处理办法上的优化,利用传统微波成像技术和理论,构建微波光子传感器,实现对特定空间域、特定目标的高精度、快速识别。研究内容主要包括:二维\三维微波成像理论;分布式成像;高精度、快速、区域成像算法等。

3. 微波光子模块芯片集成

将传统的基于光纤的微波光子系统,通过成熟的硅基、三五族集成光学技术,小型化、芯片化、低功耗化;是支撑未来先进电子系统的重要支柱。研究主要内容包括:芯片设计;集成微波光子单一功能处理芯片;微波光子接收通道芯片等。

中科院电子所“海外人才走进科学院”活动暨2016年度青年人才会议,李王哲博士作报告

第一部国内微波光子雷达样机的研制成功填补了国内在该研究领域的空白,推动了光子技术同传统的微波系统尤其是雷达系统的融合,标志着未来的雷达技术和系统的新的发展阶段,为未来新体制雷达系统的诞生奠定基础。接下来该方向的研究工作将进一步提升微波光子雷达成像性能,并继续探索微波光子技术在不同体制雷达中的应用价值。

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荀越

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来源:科技日报 | 责任编辑:荀越
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