中國的雷達有多牛？能在數公里外測出單隻昆蟲體重_風聞

來源：科技日報

2020-06-09 09:48

讓雷達看清千米外小蟲，讓衞星帶着“大腦”上天

國外想不到的雷達，他和團隊搞出來了

人物檔案

龍騰：北京理工大學教授、黨委常委、副校長，教育部長江學者特聘教授。長期從事新體制雷達與實時信息處理領域的研究工作，出版學術著作2本，發表SCI檢索論文130餘篇；牽頭授權發明專利50餘項；獲國家技術發明獎二等獎2項（排名第一），國防和軍隊科技成果一、二、三等獎共8項， 2019年獲何梁何利基金科學與技術進步獎，2020年獲“全國創新爭先獎章”。擔任中國電子學會信號處理分會主任委員，是中國電子學會會士、英國IET Fellow、美國IEEE Fellow。

受訪者供圖

本報記者 張蓋倫

雲南，江城。一台空中昆蟲生物遷飛探測雷達正在監測從緬甸方向飛來的草地貪夜蛾。

這是北京理工大學雷達技術研究所研製的Ku波段高分辨全極化昆蟲探測雷達的第一代樣機。它能在數公里之外，測出單隻昆蟲的體長、體重、飛行角度和振翅幅度。

“全世界的雷達都做不了這個。”6月4日，龍騰接受科技日報記者採訪時，提起這台雷達，自信且興奮。

龍騰是北京理工大學副校長、雷達技術研究所所長，也是我國雷達信息處理領域學術帶頭人之一。他語速快，但思路清晰，很少需要停頓下來斟酌措辭。講起雷達，更是沒有一點磕絆——這是他研究了三十年的東西。

前不久，龍騰獲得“全國創新爭先獎章”。創新，是流淌在龍騰乃至北理工雷達技術研究團隊血液裏的東西。“我們一直鼓勵自由探索。”龍騰強調。

千米認蟲，為農業害蟲防控提供支撐

1989年，龍騰進入北京理工大學時，我國雷達技術發展水平還相對落後。“當時我們看到國外提出來的新想法、新機制，覺得歎為觀止，好像永遠不可能追得上。”龍騰説，“但現在，國外想到的事情，我們基本都能想到；而我們想到的很多東西，國外沒有想到。”

一個典型例子，就是團隊正在研製的探蟲雷達。

該雷達能夠在幾公里之外分辨單隻昆蟲的類別，可為我國農業害蟲防控提供基礎支撐。

一個有着悠久歷史的雷達研究所，怎麼想到俯下身子去跟昆蟲“較勁”？這要從六年前説起。

那天龍騰回到所裏，工作人員告訴他，中國農科院的吳孔明院士前來拜訪，還留了張名片。龍騰對此將信將疑：一個大院士怎麼會連招呼都不打，就自己過來了？

他上網一查，確有其人，趕緊把電話撥過去。原來，吳孔明想做監測昆蟲遷飛情況的雷達，他知道北理工研製雷達的水平，兩個單位只隔一條馬路，他就直接找上門來。吳孔明一直想知道三件事：昆蟲什麼時候起飛；昆蟲究竟怎麼飛；昆蟲遷飛時在天上有成層現象，到底是怎麼成層的？

傳統的探蟲雷達，能夠探測的是蟲羣。但龍騰團隊想做的探蟲雷達，是探測單隻昆蟲。

蟲子那麼小，如何認“敵”於千米之外？若用傳統方法，要在這樣距離上實現毫米級的測量精度，雷達帶寬得達到150G赫茲，以現有的雷達技術根本不可能實現。

團隊選擇了“曲線救國”——間接探測。一共用四台雷達，包括一台天線長度達2.5米的相控陣雷達和三部2.5米天線的多頻全極化雷達，一起鎖定一隻蟲子。

龍騰比劃着，盡力用淺顯語言解釋：“雷達回波的大小和測量這個回波所用的頻率之間，有一個對應關係，呈現為一條曲線。”這條曲線，是研究雷達的人都知道的常識。“我們測量曲線上的幾個頻點，用它擬合、反演，推測出蟲子的長度。”

基於大家都知道的這種常識，團隊提出了新機理，也就此開拓了全新的應用空間。

不過，這種想法實在太新，新得讓人心裏犯嘀咕。一開始申請立項時，連原理是否可行都遭到了否定。團隊抓了一年蟲子，在微波暗室驗證了原理可行；後來又去野外試驗一年，驗證了脱離實驗室環境也行。2017年，探蟲雷達終於獲批國家重大科研儀器設備研製專項。

讓衞星帶“腦子”上天，中國獨一家

邊境線上，有龍騰團隊的探蟲雷達樣機；在地球軌道上，就在此時此刻，也運行着龍騰團隊的成果——星上合成孔徑雷達成像處理系統。

雷達，跟人一樣，有眼耳口鼻舌，可以收集信息；它還有大腦，可以處理得到的信息。龍騰團隊一直做的，就是武裝和升級雷達的大腦。

傳統的遙感衞星信息獲取鏈路是地面任務規劃、星上數據採集、原始數據下傳、地面處理後信息分發到用户。隨着我國高分遙感衞星技術的發展，星上獲取的數據量呈幾何級增長，海量數據需要傳輸、處理再分發，這就有一個突出問題——慢。

如果衞星能帶着“腦子”上天，它可以剔除無效信息，只需要傳輸最終結果，數據量可以大幅精簡。這樣一來，地面接收數據的裝置也能小很多。一艘船、一輛車甚至一個背上裝備的人，都可以接收。

但“腦子”上天，約束條件太多，不能太重也不能太大，可用的處理資源只有地面的1/10到1/100。

“星上數據處理這個需求一直就有。2000年前後，我們就有一個以此為目標的預研課題。”但受到各種主客觀條件限制，這在當時被認為“不可能”。不過，團隊沒有將這個想法拋之腦後，而是一直想辦法向前推進，結合新的技術手段，設計新的路線。

算法、架構、芯片……關關難過關關過。用了十幾年的時間，他們終於把這條路走通了。

“長期以來圍繞國家需求開展體系化創新，持之以恆地努力，才最終促成了領先世界科研成果的誕生。”龍騰説得堅定，“碰到困難，我們是不退的。”

不退，所以雷達技術研究所成功構建了我國首個光學衞星星上處理系統和首個微波成像衞星星上處理系統。其形成的有效信息數據量僅為原始數據的千分之一，能從衞星直接廣播給最終用户，延遲僅為分鐘級。該技術成果於2018年獲得國家技術發明二等獎。

系統已經穩穩當當運行了多年。龍騰説，應用單位對這套系統的評價是——革命性突破，跨越式發展。

值得一提的是，目前在軌衞星中搭載類似系統的，中國是獨一家。

工作源動力不應來自外界，而是內心

龍騰帶領的是一個充滿創新活力的團隊。團隊獲得過許多科技創新類獎項，攻克過不少難題，在雷達領域享有盛名。

大家常聚在一起討論，交流思路，碰撞想法。團隊不搞一言堂。“你們是相對平等的關係？”記者問。龍騰糾正道：“我們是完全平等的關係。”

所裏強調一點——做研究是要做成事情；不能反過來，為了文章和獎項去做研究。“不能虛，要踏踏實實。”龍騰説。

採訪中，龍騰常提到自己的導師——雷達技術研究所的創始人毛二可院士。毛二可研究了一輩子雷達，如今已年過耄耋，仍每天堅持到研究所工作。“就像打卡上班一樣，從早到晚。”所裏的工作人員説。

這種精神也感召着團隊。

工作的源動力，不應該來自於外界，而應來自於自己的內心。“做我們這種研究，智力不是決定因素，努力才是第一位的。”沒有成功來得輕鬆。“30年下來，我把自己所有時間的90%放在了雷達研究上。”龍騰總結。

這麼“拼”，好像是一種習慣。

龍騰從小就是學霸，16歲，他就考上了中國科技大學。要知道，那一年，12個省區的狀元都選擇了這所學校，校內可謂人才濟濟。

本科畢業時，學的是無線電專業的他，盯上了當時在信息與通信工程名列前茅的北京理工大學，找到的是學院最有名的導師毛二可。龍騰的想法，就是找最好的。

時間已過了三十年，但回憶起本科，龍騰仍有些“耿耿於懷”——當年的他看了很多跟專業無關的人文類書籍。“周圍的人都那麼聰明，你還花很多時間幹別的，可想而知，你的成績肯定不是最好的。”他説。

到北京讀研後，龍騰果斷放棄了下圍棋、打橋牌這些耗費時間的興趣愛好，將更多精力放到了雷達研究上。“我接受不了自己不努力。”他平靜地説道。龍騰知道，閲讀其他科目的書籍是必要的，尤其路要想走得遠，知識面就不能窄。但如果能再來一次，他想了想，還是説道：“我應該會在非專業類書上少花些時間。”

負責人如此自律且勤奮，雷達技術研究所在整個北理工，也以“要求嚴格”“工作辛苦”著稱。“就立住你的規矩，凡是敢來、願意來的，都做好了要在這拼搏的準備。”龍騰強調，“來了，就要特別能戰鬥。”