中國第一臺微波光子雷達誕生,圖像解析度比國際高一個數量級

2021-02-24 MEMS

中科院電子學研究所網站12日披露,該所成功研製出我國第一臺微波光子雷達樣機,並通過外場非合作目標成像測試,獲得國內第一幅微波光子雷達成像圖樣,在圖像解析度上比國際水平高出一個數量級。

微波光子雷達作為前沿科技項目,是結合了微波光子技術和雷達技術的多學科交叉領域,微波光子雷達作為雷達發展的新形態,能有效克服傳統電子器件的技術瓶頸,改善和提高傳統雷達多項技術性能,為雷達等電子裝備技術與形態帶來變革。

微波光子技術在電子系統中的發展歷程

微波光子學最早的應用起源於70年代,應用於對太空的通訊。而微波光子雷達最早的研究開始於1995年。 

世界上第一部真正算得上微波光子雷達樣機的是2009年啟動的義大利PHODIR項目,2013年實現對非合作民航客機的跟蹤和測量

到2016年5月,世界首部雙波段微波光子雷達實現了對空中和海上非合作目標的ISAR成像。

圖為:(A)波音737-800飛機,(B)和(C)是利用S波段和X波段對該飛機的ISAR成像結果;(D)目標油輪,(E)和(F)是S波段和X波段對油輪的ISAR成像結果

而此次中科院電子所成功研製了國內首部微波光子雷達樣機。樣機並進行了外場非合作目標的逆合成孔徑成像測試,獲得了國內第一幅微波光子雷達成像圖樣,推動了新技術新體制雷達研究的發展。 

中國首部微波光子雷達採用雙站雷達體制和光子架構,在發射機和接收機的射頻前端分別引入雷達信號微波光子產生和去調頻接收技術,能夠支持寬帶工作,具有提升距離向解析度的潛力。外場獲得的圖像解析度比已知報導的國際同類微波光子雷達提高一個數量級,圖像清晰度也有明顯提升。

對比發表在《自然》雜誌上的國外微波光子雷達系統所進行的外場成像結果,如圖2所示,電子所的微波光子雷達系統成像結果具有明顯的改善

採訪過程中,微波光子雷達樣機的研製負責人李王哲研究員告訴科技日報記者,研究團隊對雷達總體光子架構設計、雷達信號光子產生和光子壓縮處理,以及成像算法等關鍵技術進行了攻關;在經過實驗平臺原理驗證、微波暗室轉臺實驗、系統集成聯調和外場試驗等一系列測試後,成功實現了對空中隨機目標——波音737飛機的快速成像。

在此次外場測試中,對包含波音737飛機在內的不同機型、不同距離、不同視角下進行了成像測試。得益於微波光子雷達架構,以及光子技術在寬帶信號產生、處理以及系統雜散抑制等方面的獨特優勢,微波光子雷達成像快,解析度高,能夠清晰的識別目標的結構細節,比如飛機發動機、尾翼以及襟翼導軌等結構。測試過程充分展示了微波光子雷達對目標結構特徵的辨識能力優勢。

作為中國科學院電子所一室的重點研究項目,微波光子雷達的研究得到了中科院科技創新重點部署項目、中科院率先行動計劃、微波光子成像雷達技術驗證測試平臺修購項目的支持。電子所微波光子及雷達成像技術研究團隊,引進了兩位海外青年千人,李王哲研究員和李若明博士入所開展工作。整個研究團隊以李王哲研究員牽頭,結合一室在雷達技術方面的專業力量和研究經驗,通過不同學科間的碰撞融合、不同專業技術人員間的交流協作,有力推動了微波光子雷達研究在一室的發展。

從2015年下半年開始,相關專業團隊團結一致,克服困難,協同創新,先後完成了微波光子成像雷達系統設計論證,寬帶雷達信號的光子產生和光子去調頻接收等關鍵技術攻關,以及相關成像算法研發。在經過實驗室原理驗證、暗室點目標成像實驗和系統集成聯調後,最終實現了在外場對非合作目標的成像測試,成功驗證了該部微波光子雷達的可行性。研究成果已經被國際期刊《Optics Express》(《光學快訊》)接收,即將發表。 

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