又一個世界第一，國產新型雷射雷達可探測數百公裡外目標

10月9日的南京大學官網，在其首頁的科研動態頭條，發布了一篇題為《「南大眼」再立新功——張蠟寶、康琳、吳培亨團隊超導陣列單光子探測器取得新進展》的文章，文中稱，從中國電科十四所某試驗外場傳來消息，超導單光子雷射雷達系統，實現了對低空大氣層中數百公裡外目標的實時跟蹤探測，展現了超導單光子探測器的強大應用潛力。

看到這裡，也許有人會提出疑問，雷射雷達能實現對低空大氣層中數百公裡外目標的實時跟蹤探測？

從原理上講，雷射雷達屬於光學探測手段，在大氣層裡受到影響比較嚴重，以前探測大層內飛機的距離都比較短，這次竟然達到了數百公裡，太不可思議了。

注意報導中提到的中國電科十四所，而這次的雷射雷達全稱為「超導陣列單光子探測器」，說到這裡，不知道大家還記不記得，2018年珠海航展上中國電科十四所曾展出過一種量子雷達，當時曾引起不小的轟動。

其實，這次的超導單光子雷射雷達成功實現了對數百公裡外移動小目標的實時跟蹤探測，就是之前中國電科十四所量子雷達技術的應用。

所謂量子雷達，是對發射雷達信號返回的信號，進行單個光子(量子化)的處理和分析，從而獲得目標信息的技術。雷達探測，最重要的就是如何準確解讀出回波中含有的目標信息，信號處理就是解讀信息的手段，手段越先進，信號解讀越準，雷達探測能力自然就會越高。通過量子雷達創新信號處理方式，該雷達的探測能力相比傳統體制雷達，有了本質的提升。

量子雷達有兩個顯著優點，第一是帶寬可以做到很大，對於雷達而言，帶寬越大，雷達解析度就越高，十四所研製的量子雷達樣機，在試驗中將解析度提高了一百倍。而帶寬大，同時也具備抗幹擾能力強的優點。

其次，量子雷達對於單光子的信號處理特點，非常利於反隱身目標，眾所周知隱身目標是通過吸收和散射折射削弱雷達回波信號來實現隱身的，但量子雷達的特性使得雷達對削弱的回波信號解析解讀能力大大增強，這對於隱身戰機目標而言是致命的威脅，意味著它的隱身手段將失去作用！

而就在今年9月份，同樣是南京大學的超導納米線單光子探測團隊，他們研製的超導納米線單光子探測器（SNSPD），其實就是前面提到的新型雷射雷達，在應用方面取得新進展。值得一提的是，該核心探測器的晶片製備工藝全部在南京大學微製造與集成工藝中心完成。

注意當時的報導中配了一張圖，一看就知道這是探測隱身飛機的試驗。

另外，在此之前中國電科十四所在試驗中曾實現量子雷達樣機132公裡的遠程探測，創造了這一領域的世界紀錄。只不過如今這一紀錄又被打破了，達到了數百公裡。

能取得如此的成績，離不開南京大學科研團隊的努力。南京大學超導電子學研究所青年長江學者張蠟寶教授，博士研究課題就是超導單光子探測技術，在吳培亨院士的指導下與團隊成員一起攻克了探測器晶片和系統的全部關鍵技術，於2008年研製出我國第一個超導單光子探測器。經過多年的不懈努力，探測器的性能指標不斷提高，從單元器件到陣列晶片，光學口徑從9微米到300微米，儀器系統的整體技術水平達到國際先進，部分指標達到國際領先。

南京大學研製陣列超導單光子探測器晶片

由於光子是光的最小能量單元，具備單光子靈敏度的雷達系統可將雷射雷達系統的性能發揮到極致。在單光子雷射雷達系統的研究上，該團隊與中國電科第十四所攜手合作多年。針對低空大氣衰減和湍流等複雜環境下，遠距離目標高精度探測難題，團隊為單光子雷達系統，最新研製了高靈敏、高精度、高速率的超導陣列單光子探測器，並在今年9月的外場試驗中，大幅度提高系統靈敏度和抗環境雜散光能力，成功實現了數百公裡外移動和固定小目標的實時跟蹤探測。

上圖為單光子雷射雷達探測170多公裡外山峰的三維重構圖像。

2017年，利用儀器的光子數分辨功能，通過光子編碼技術，大幅度提高了系統的抗背景光幹擾能力，解決了複雜氣象環境下、長距離目標探測難題。在黃海海域的海面目標探測實驗中，實現了70公裡範圍內的穿透雲、霧等測量。

除了探測大氣層內的海陸空目標之外，這種新型的雷射雷達系統真正的用武之地應該是在中高層大氣或者太空。既然現在低層都能看幾百公裡，說明更高就可以更遠。

也就是說，這種新型雷達系統，不僅要看大氣層內的低空隱身目標，還要看中高層大氣層高速來襲目標，從原理上來講，目前各國爭相研發的高速聲速飛彈、水漂彈等，都是它將來要探測的目標。

只需要從地基變為空基（機載），新型雷射雷達的視野將更加開闊！

另外，在和平利用外太空方面，這種新型雷射雷達系統也能發揮重要作用。例如，2015年以來，針對國家戰略需求，該團隊與雲南天文臺等單位合作，將大口徑超導陣列單光子探測系統應用到空間碎片的探測研究中，成功探測到2千公裡軌道上，0.04平米的空間碎片，填補了我國小空間碎片高精度探測的空白。再比如，2019年，該團隊與中山大學等單位合作，首次將高時間精度超導陣列單光子探測器用於40萬公裡的地月雷射測距中，成功測得了月球表面上五組反射鏡的回波信號，且精度達到國際先進水平。

我們的目標不僅僅是隱身飛機，而是星辰大海，超導單光子雷射雷達系統，未來值得可期！