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70年雷达探索，中电14所光子雷达再创佳绩，锻造“三军之眼”

70年雷达探索，中电14所光子雷达再创佳绩，锻造“三军之眼”
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F-22
美军的五代隐身战机F-22出道以来 ， 凭借一身的隐身技术 ， 超巡航能力 ， 一直都是各国防空系统的噩梦 ， 俄罗斯与美国打交道的时间最长 ， 对F-22提出最为简洁有效的应对方案——“天空”-Y米波雷达 ， 列装后能够让F-22“显形” 。 一般而言 ， 普遍的隐身电磁波段在0.3~29G赫兹的范围内 ， 而米波雷达恰好避开了这一波段 ， 探测隐身飞行器是小菜一碟 。
现代隐身飞机技术和反隐身探测技术 ， 就如同1名士兵手中的长兵与盾牌 ， 同时出现 ， 同时作用于一方的整体战力 。 为了探测隐身飞机 ， 各国都不敢忽视相关雷达技术的研发进度 ， 如果有研发实力的话 。 如果没有 ， 就只能期望盟国有 。 所幸 ， 我国在这一方面的成果1不小心就独占了鳌头——是当前世界上唯一具有反隐身先进米波雷达的国家 。 这话由中电科首席科学家、反隐身雷达技术总设计师吴剑旗 ， 在2018年央视节目上提出 。
吴剑旗总师所说的先进米波雷达 ， 指的是使用三坐标定位技术的米波雷达 ， 最具代表性的米波三坐标雷达 ， 当属俄罗斯的“东方”-E、“天空”-Y ， 德国圆阵列雷达、法国综合脉冲孔径雷达等 。 在这一方面 ， 俄罗斯技术经验最丰富 ， 最有发言权 。 但是 ， 据介绍 ， 综合来看 ， “天空”-Y并不算是标准的三坐标雷达 ， 因为它只是在传统两坐标雷达基础上加装了一部垂直测高雷达天线 ， 而我国的三坐标雷达技术手段 ， 仅用一组天线就解决了三坐标测距定位问题 ， 这也是我们被称为“唯一具有反隐身技术的先进米波雷达的国家”的原因 。
“天空”-Y虽然因体积重量过大而不便机动 ， 但是对低仰角空域的探测水平有所提高 ， 测高性能也优于传统两坐标米波雷达 。 此外 ， “天空”-Y能够有效对抗强电磁干扰 ， 能够正常进行识别、测距、定位、跟踪隐身飞行器的任务 ， 并向控制指挥系统发送信息 。 吴剑旗也表示 ， 米波雷达克服缺陷之后 ， 在反隐身技术方面必将成为国之重器 。
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中国雷达
不同于欧美国家所偏爱的微波雷达 ， 米波雷达精度虽然不及微波 ， 但对致力于减少雷达横截面的隐身飞机来说 ， 米波雷达具备一些先天优势 。 专家表示 ， 电磁波的一些特性对飞机外形不敏感 ， 国际上公认的结论说法是 ， 隐身飞机的雷达横截面 ， 在米波“看”起来 ， 要比微波“眼中”的 ， 要大2-3个数量级 ， 即100倍至1000倍 ， 这是在雷达横截面削弱雷达波存在疏漏的前提下 。 如果是B-21、轰-20这样所谓的全波段隐身飞机 ， 那么先进米波雷达也无法了 ， 但对付F-22还是绰绰有余的 。
今年5月“防务世界”消息称 ， 委内瑞拉持有的中制JY-27型米波雷达 ， 探测到接近该国领空的1架美国隐身战机F-22 ， 并向美空军发出警告 ， 如遇侵犯2 ， 将随时准备向美国战机发动无差别打击 。 据悉 ， JY-27型远程预警雷达可探测到半径500公里范围内的隐身飞行器 。 2016年2月 ， 国内消息称 ， 该型雷达成功探测并追踪了1架自日本飞往韩国的F-22战机 。
而我国的先进米波雷达发展至今 ， 不仅拓展了用途 ， 加入了有源相控阵、超分辨率等最新技术 ， 体积和重量也得以控制 ， 提供了装置机动部署的可能性 ， 可覆盖区域增加 ， 测量与探测水平都有所优化与提高 ， 电子对抗能力也得到展现 。 虽不能成为防空组网中的精锐 ， 却能够作为中坚力量在对隐身飞机作战中发光发热 。
也因为设备部署的可机动性 ， 敌方若想设计提前摧毁并不容易 ， 最有效的对策就是进行干扰 ， 让米波雷达的探测功能失敏或失效 。 而三坐标米波雷达因改善了传统雷达的定位不够精确的问题 ， 而让一度忽视米波雷达效果和潜力的西方国家一时间警铃大作 ， 美国就在2018年的海军预算中拨出20亿美元专款 ， 针对反先进米波雷达的技术 ， 对新型干扰机的功能进行补充 。 这一举措立意就十分明显了 。
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业界认同的反隐身技术的未来 ， 在于“光子雷达”——顾名思义 ， 光子雷达 ， 是利用光波、光子实现雷达探测的一种途径 ， 一般通过激光技术实现 。 这也是我们今天的主角——南京大学新闻网10月9日消息称 ， 我国超导阵列单光子探测器研究传来喜讯 ， 在低空大气层等复杂环境条件下 ， 展现出高灵敏、高精度、高速率的实操水准 ， 对数百公里外移动或固定的小目标 ， 实现实时跟踪探测的技术操作 。
据我国专利“一种超导分型纳米线单光子探测器及其备制方法”的技术说明介绍 ， 这种超导单光子探测器 ， 全称为超导分形纳米线单光子探测器 ， 纳米线的分形排布具体体现在 ， 由最小结构单元皮亚诺曲线、若干最小结构单元连接而成的地层结构、以及分段结构组成的三级结构构成；其特征在于 ， 纳米线以氮化银超导材料为基 ， 构成二维列阵式布局天线 。
超导纳米线单光子探测器 ， 兴起于21世纪 ， 相比旧式二极管探测器和光电倍增管 ， 具有快速、高效、计数率高、时域抖动小的优异特征 ， 这得益于超导材料独特的光信号转化性能 ， 将光信号转化为电信号 ， 再使用电信号实现信号计数 。 目前为止 ， 该型光子探测器在对单光子的探测效率高达93% ， 理论适用于各种超导材料 。 当前研究难点在于 ， 2个光子如果相互垂直 ， 则仪器对信号的吸收效率达不到预期 。
光子是光的基本粒子、最小单位 ， 也是电磁辐射量子 ， 与波长1~10m的米波、1mm~1m的微波这类无线电波有本质不同 。 单光子的灵敏度属性 ， 能够将雷达系统的性能发挥到极致 。 目前 ， 我国超导单光子探测器的技术水平 ， 在超导单光子学研究所研究员团队的多年努力下 ， 光学口径已由最初的9微米缩小到300微米 ， 整体技术水平达到世界先进 ， 部分指标领先世界 。
我国在雷达技术上的探索 ， 自建国起 ， 就一刻未曾停歇 。 1949年 ， 还属于无线电厂的14所 ， 就踏上了雷达技术的钻研之路 ， 从修配、仿制 ， 到研发、创新 ， 走出了一条我们并不陌生的成长之路 。 于1965年 ， 14所诞生了我国第1台微波雷达 。 1964年出台的640指示 ， 后成为我国反导项目代号 ， 指导研发了7010超远程相控阵预警雷达 ， 高20米 ， 宽40米 ， 能够探测到3000公里范围内的物体 。
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1979年 ， 14所再次接到雷达研发任务 。 此时 ， 14所研发人员们经过多年的潜心研究 ， 已逐渐显出厚积薄发之势 ， 在没有借鉴技术的情况下 ， 吃透上百个课题之后 ， 提出了中国自己的脉冲多普勒雷达整机框架 。 1989年 ， 诞生了第一台产权自主的机载脉冲多普勒火控雷达 。 同年 ， 14所开始讨论舰载有源相控阵雷达方案 ， 于1997年正式立项 。
这一舰载雷达系统的研制成功 ， 使我国成为第3个拥有这一技术的国家 ， 与美俄同台竞技 ， 领跑世界先进雷达技术 。 而在2009年“空警2000”的出场后 ， 我军大型预警机雷达的空缺得到补充 。 至此 ， 我军基本建成包含“空中警眼”、舰载雷达、机载雷达、防空雷达在内的“三军之眼”雷达体制 ， 逐步完善全方位的立体防御之门 ， 不断维护协同作战能力、提升全域作战水平 。
2015年 ， 我国大口径超导单光子探测系统 ， 在空间碎片的探测研究中 ， 成功在距离2千公里的轨道上发现0.04平米的空间碎片 ， 弥补了小空间碎片领域高精度探测履历中的空白 。 2017年 ， 我国研究人员进行了光子编码 ， 通过光子数分辨功能 ， 提升了光子探测系统抗背景光干扰的能力 ， 对复杂气象条件下的长距离探测实践提供了帮助 ， 实现了70公里内的穿云透雾等探测技术 。
2019年 ， 我国首次将高精度超导阵列单光子探测器 ， 用于地月激光测距实验中 ， 并成功得到5组回波反射信号 ， 测得数据精度 ， 达到国际先进水平 。 今年年初 ， 在这一单光子探测器的基础上 ， 发展出的红外成像系统 ， 首次实现红外二区波段的三维多色荧光寿命成像 。 此外 ， 超导单光子探测技术还广泛应用在卫星激光测距、激光通信、量子信息等领域 。
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量子雷达
今时今日 ， 14所已经不仅仅是一个利国的国防单位 ， 在长时间的科研历练当中 ， 研究员们也有一些利民的思考与创意 。 比如 ， 能够实现自如动作的“意念手” ， 目前正在产业化 。 “蜘蛛网”小型操作 ， 单人即可携带操作 ， 能够识别低、小、慢等飞行物 ， 是“暗杀”类无人机等飞行器的终结者 。 还有微波光子技术在雷达上的应用 ， 能够为民航飞机提供高分辨成像服务 ， 对C919国产飞机、复兴号机车等重大装备领域都有帮助 。
而此次超导单光子探测器方面进展 ， 也令不少人回想起2018年珠海航展上曾展示的单光子“量子雷达”技术——我国领先世界的又一先进技术 。 这也是单光子探测技术 ， 必然会衍生出的一个分支 。 航展所示量子雷达模型中 ， 包括激光发射器、接收器、以及可提供超导环境的液氦杜瓦罐 。 我们从单光子探测的运作原理 ， 也能看出两者之间的息息相关 。
单光子激光脉冲由激光发射器发出 ， 当目标被照射 ， 单光子信号即被接收器收回 。 信号经过处理后被放大器放大 ， 传送至计数器、示波器 ， 累计后完成目标信号的逐步显影 。 区别在于 ， 2015年的单光子激光雷达实验中 ， 研究进展到探测百公里外慢速移动大目标的水平 ， 到如今 ， 我国超导单光子技术已经达到数百公里外的小目标动静状态的实时跟踪探测 ， 这是光子雷达的一大步 。
【70年雷达探索，中电14所光子雷达再创佳绩，锻造“三军之眼”】当年美军煊赫一时的F-117 ， 落马于俄制P-18米波雷达与S-125防空导弹的联合防御 ， 就证明雷达技术是防空反导的基础项 ， 即使短时间内不会直接光子反导 ， 也将为现有的防空反导系统 ， 提供更为行之有效的一手信息 ， 即时指令 。 而我们的科研人员 ， 仍在夜以继日地强化这一领域的技术优势 。 是他们为我们背负了国与家 ， 我们才得以安居 。 致敬 。 （猫爪）


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