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【MBAChina網(wǎng)訊】近日，南京連續(xù)的霧霾天氣，讓學(xué)校的教學(xué)樓消失在大家的視線中，特別是將軍路校區(qū)這棟標(biāo)志性建筑。南京航空航天大學(xué)師生們紛紛表示：難道主樓又成功發(fā)射了？

而這樣的霧霾天氣，也給人們的出行帶來(lái)了極大的困擾，尤其是在能見度不足50米的夜間，駕車行駛危險(xiǎn)性很大。當(dāng)你幾乎要趴在方向盤上，才能看清前方的路時(shí)，你是不是特別渴望擁有一架無(wú)人駕駛汽車，能夠安全地將你送到目的地呢？

近日，在北京舉辦的首屆“雷達(dá)在哪里”的高峰論壇上，南京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院潘時(shí)龍教授作大會(huì)專題報(bào)告，首次公開發(fā)布了認(rèn)知微波光子成像雷達(dá)原型驗(yàn)證系統(tǒng)及演示視頻，該項(xiàng)技術(shù)有望應(yīng)對(duì)寬帶雷達(dá)易受干擾的難題，使得雷達(dá)更加智能化，為成像雷達(dá)在無(wú)人駕駛、無(wú)人機(jī)、自主機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用取得技術(shù)基礎(chǔ)。

微波光子雷達(dá)為智能裝置按上“透視眼”

人類獲取周邊圖像的技術(shù)主要分為光學(xué)成像和微波成像兩種，相機(jī)、激光雷達(dá)等光學(xué)成像裝置是目前自動(dòng)駕駛汽車、無(wú)人機(jī)、自主機(jī)器人等智能設(shè)備的“眼睛”，但這雙“眼睛”無(wú)法全天時(shí)（白天黑夜）和全天候（各類天氣）工作：黑夜里無(wú)法辨別陰影中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，且容易受霧霾、雨雪、沙塵等惡劣天氣的影響。

傳統(tǒng)的微波成像雖然可以全天候、全天時(shí)工作且具有穿透能力，但由于在電域下工作，受電子器件限制，難以產(chǎn)生與實(shí)時(shí)處理大帶寬信號(hào)，面臨著成像精度差和處理速度慢等關(guān)鍵挑戰(zhàn)，難以在民品中廣泛應(yīng)用。

微波光子技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了傳統(tǒng)微波成像技術(shù)的困境。微波光子成像雷達(dá)利用光子學(xué)方法構(gòu)建新體制射頻前端和實(shí)時(shí)中頻處理架構(gòu)。由于光波比微波頻率高3-5個(gè)量級(jí)，可承載帶寬能提升數(shù)千甚至上萬(wàn)倍，因此光子學(xué)技術(shù)可以產(chǎn)生、傳輸和處理寬帶微波/毫米波信號(hào)，進(jìn)而突破帶寬限制、實(shí)現(xiàn)高速并行處理，達(dá)到高精度實(shí)時(shí)成像效果。

去年，南航微波光子學(xué)課題組在國(guó)際上率先研制出基于微波光子技術(shù)的高分辨率實(shí)時(shí)雷達(dá)成像系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)，該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人潘時(shí)龍教授向我們展示了微波光子雷達(dá)和傳統(tǒng)雷達(dá)的成像效果區(qū)別。當(dāng)一架無(wú)人機(jī)從空中飛過(guò)時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間反應(yīng)，傳統(tǒng)雷達(dá)顯示器上只能看到一個(gè)模糊不清的小點(diǎn)。而在微波光子雷達(dá)成像顯示下，可以實(shí)時(shí)清晰地呈現(xiàn)出無(wú)人機(jī)的各部分細(xì)節(jié)。

中國(guó)電科14所評(píng)價(jià)該工作“國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)小尺寸目標(biāo)的實(shí)時(shí)高分辨成像，成像精度優(yōu)于2厘米”，“攻克了寬帶信號(hào)產(chǎn)生、寬帶實(shí)時(shí)成像處理這兩大技術(shù)難題，拓展了雷達(dá)在軍民領(lǐng)域的應(yīng)用前景，更為下一代寬帶多功能雷達(dá)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)”。

“未來(lái)的智能裝置不僅能實(shí)現(xiàn)全天候工作，而且可以看到隱藏目標(biāo)，比如突然從樹叢中躥出來(lái)的人、動(dòng)物等?！蹦虾轿⒉ü庾訉W(xué)課題組負(fù)責(zé)人潘時(shí)龍教授表示。

認(rèn)知微波光子雷達(dá)讓“眼睛”不再受干擾

微波光子雷達(dá)通過(guò)發(fā)射電磁波感知物體，但當(dāng)周圍存在其同頻段的電磁波與其占用同一頻段資源時(shí)，雷達(dá)就可能受到干擾，無(wú)法成像。隨著雷達(dá)工作的電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，干擾源無(wú)處不在，不僅容易受到干擾源的故意干擾，而且同頻段的雷達(dá)之間也會(huì)相互干擾，想要將微波光子雷達(dá)廣泛應(yīng)用在自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域，必須要解決抗干擾問(wèn)題。

此次公開發(fā)布的認(rèn)知微波光子成像雷達(dá)在傳統(tǒng)微波成像方法上作出很大革新，增設(shè)了微波光子實(shí)時(shí)頻譜感知模塊，讓雷達(dá)在數(shù)十GHz頻譜范圍內(nèi)自動(dòng)感知環(huán)境的變化。微波雷達(dá)受到信號(hào)干擾時(shí)，其成像系統(tǒng)完全失效，就像“眼睛”被捂住了，而認(rèn)知微波光子雷達(dá)能夠自動(dòng)識(shí)別對(duì)方干擾信號(hào)頻段，從而實(shí)時(shí)改變自身原來(lái)使用的電磁頻段，從而避開干擾，實(shí)現(xiàn)不間斷成像。

實(shí)驗(yàn)中，微波光子實(shí)時(shí)頻譜感知模塊成功偵測(cè)出外界存在22-26GHz的干擾信號(hào)，于是驅(qū)動(dòng)捷變頻微波光子成像雷達(dá)產(chǎn)生17.5-21.5GHz的雷達(dá)波形，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)扇的高分辨率成像。當(dāng)外界干擾切換到17.5-21.5GHz，微波光子雷達(dá)受到干擾,無(wú)法成像。此時(shí)微波光子頻譜感知模塊又成功偵測(cè)出干擾信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)捷變頻微波光子雷達(dá)產(chǎn)生22-26GHz的波形，再次實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。

認(rèn)知微波光子雷達(dá)不僅能夠全天時(shí)、全天候工作，還能做到高精度、實(shí)時(shí)成像，同時(shí)抵御外界電磁波干擾，讓智能裝置擁有一雙不受干擾的“火眼金睛”，真正走向智能化。該技術(shù)將在自動(dòng)駕駛、空中交通管理、無(wú)人機(jī)黑飛監(jiān)測(cè)等軍事和民用領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。

據(jù)了解，南航微波光子學(xué)課題組正在自主研發(fā)微波光子成像雷達(dá)芯片。未來(lái)，通過(guò)集成芯片，認(rèn)知微波光子成像技術(shù)將在更廣泛的領(lǐng)域取得應(yīng)用。

課題組師生正在做認(rèn)知微波光子成像雷達(dá)相關(guān)實(shí)驗(yàn)

新科技背后的年輕科研團(tuán)隊(duì)

在這一國(guó)際領(lǐng)先的科研成果背后是一支年輕的科研團(tuán)隊(duì)，南航于2010年底引進(jìn)剛滿28周歲、正在加拿大渥太華大學(xué)從事博士后研究的潘時(shí)龍博士，直接聘為正教授，開辟微波光子學(xué)研究方向。

2013年，南航雷達(dá)成像與微波光子技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲批立項(xiàng)，成為微波光子雷達(dá)研究和人才培養(yǎng)的重要基地。目前，微波光子學(xué)課題組擁有教師 8名，專職科研人員3名，博士后兩名， 24名博士研究生和36名碩士研究生。其中有10名研究生本科畢業(yè)于清華大學(xué)、南京大學(xué)等國(guó)內(nèi)頂級(jí)學(xué)府。

過(guò)去六年，南航微波光子學(xué)研究團(tuán)隊(duì)主持了國(guó)家重大儀器研制項(xiàng)目、國(guó)防973課題等7項(xiàng)國(guó)家級(jí)重大項(xiàng)目（課題），在微波光子高精度測(cè)量、微波光子成像雷達(dá)及微波光子衛(wèi)星載荷上形成了鮮明的研究特色，發(fā)表學(xué)術(shù)論文340余篇（其中SCI收錄150余篇），申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利70項(xiàng)（其中授權(quán)33項(xiàng)），獲得了日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展特別金獎(jiǎng)（展會(huì)最高獎(jiǎng)項(xiàng)）、中國(guó)光學(xué)工程學(xué)會(huì)一等獎(jiǎng)、教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等重要成果獎(jiǎng)勵(lì)。團(tuán)隊(duì)主要成員入選萬(wàn)人計(jì)劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國(guó)家優(yōu)青、中組部青年拔尖人才、江蘇省優(yōu)青等人才計(jì)劃十余次。

所培養(yǎng)的學(xué)生有2人獲IEEE光子學(xué)會(huì)Graduate Student Fellowship（全球10人/年），5人獲得IEEE MTT-S本科生/研究生獎(jiǎng)學(xué)金（每屆全球不到10人獲獎(jiǎng)）、7人次獲得國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)光學(xué)與光子學(xué)教育獎(jiǎng)學(xué)金。