中国电科14所智能感知实验室联合南航成功研制微波光子实时成像系统

近日，中国电科14所智能感知实验室微波光子雷达团队联合南京航空航天大学共同研制出微波光子雷达实时成像验证系统，该系统可广泛应用于小目标成像、行车安全成像、气象探测等军、民领域。

微波光子雷达实时成像系统利用微波光子信号产生技术，生成覆盖整个K波段的高质量宽带射频信号，同时采用光子技术对接收信号进行预处理，在不损失信息量的前提下极大的压缩了数据量，国际上首次成功实现了对小尺寸目标的实时高分辨成像，成像精度优于2厘米。该工作攻克了宽带信号产生、宽带实时成像处理这两大技术难题，拓展了雷达在军民领域的应用前景，更为下一代宽带多功能雷达奠定了坚实的技术基础。

图1：微波光子技术在电子系统中的发展历程

随着科技水平的迅猛发展，雷达对宽带信号产生和接收的需求也越来越迫切。在国防安全领域，例如航天中对空间碎片的防范，需要更高带宽的信号对其进行识别和标记，现有空间观测雷达本身的带宽较低,距离分辨能力不足，这给对小尺寸空间碎片的精确识别和轨道预测带来了很大的困难；而在目前日趋火热的车载无人驾驶传感系统研究领域，现有的车载雷达系统普遍面临带宽较窄，目标识别能力低，抗干扰能力差等问题，而光学探测系统则有着恶劣气象环境下探测性能大幅度下降的隐患。此外，大带宽的信号产生技术虽然使得雷达具备了目标精细识别的能力，其海量的数据率也给雷达实时处理能力带来了极大挑战。即便不考虑大带宽这一技术要求的实现难度，在设计超高分辨成像雷达时，工程师也需要在精细识别能力与实时处理能力之间做出相应的折衷。

微波光子雷达作为雷达发展的新形态，具有高频率、大带宽、低损耗、结构小型紧凑、重量轻以及抗电磁干扰能力强等潜在优势，能有效克服传统电子器件的技术瓶颈，改善和提高传统雷达多项技术性能，为雷达等电子装备技术与形态带来变革。相比于目前较好的电子器件可以达到的2GHz带宽水平，微波光子雷达的信号带宽可大于30GHz。因此，利用微波光子技术产生的信号可将雷达的理论距离分辨率由7.5cm提升至0.5cm，实现超高分辨成像与目标精细识别，且具备更强的抗干扰能力，并可通过光学预处理方法降低冗余数据量，可以满足军用、民用雷达技术对大带宽、高速宽带信号处理的需求。

附：微波光子研究进展

微波光子技术在电子信息系统中的应用演进

微波光子技术在电子系统中的最初应用形式为光模拟信号传输，即将单个或多个模拟微波信号加载到光载波上并通过光纤进行远距离传输。近年来，微波光子逐渐从模拟光传输功能演变为包括微波光子滤波、变频、光子波束形成等多种信号处理功能的综合能力。

微波光子学最早的系统层应用是70年代末美国莫哈韦沙漠中的"深空网络"，它由分布在数十公里内的十多个大型碟形天线组成，这些天线借助光纤传递1.42 GHz超稳定参考信号，并利用相控阵原理像一个巨大的天线一样工作，从而与太空的空间飞船保持通信和跟踪。近年来，微波光子技术已应用到雷达、电子战、卫星通信、综合射频和深空探测等领域。

典型的微波光子雷达系统包括：休斯公司的光纤波束形成网络宽带共形阵列、泰勒斯公司的光控相控阵样机、全光子数字雷达（PHODIR）样机、双波段微波光子雷达样机、以及俄罗斯射频光子阵列（ROFAR）开发项目。

图2：微波光子雷达系统的发展演进

典型的微波光子机载电子战系统包括：ALR-2001嵌入微波光子链路验证系统、欧空局的电子战光控分系统（EWOCS）和F/A-18E/F大黄蜂上的ALE-55光纤拖曳式诱饵。

图3：微波光子电子战系统

典型卫星通信和成像系统包括：EUROSTAR3000通信卫星、土壤湿度和海洋盐度（SMOS）地球探测卫星、PROBA-V成像卫星的高密度空间连接器验证（HERMOD）载荷、ALPHASAT通信卫星的光互联系统模块（SIOS）。

为实现雷达、电子战和通信等多频段宽带信号的综合管理和分配，一种可行途径是采用基于射频光子纵横交换技术和光纤射频传输技术的多功能综合射频方案。美国海军就这两种技术在AMRFC项目中进行了研究，并分别用于舰载可重构孔径阵列的波形产生和射频分配网络中。

在深空探测方面，智利的阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）预计安装66面口径12米的抛物面天线，进行毫米波和亚毫米波（31~950GHz）太空观测，利用18km长的光钎基线，为每个天线提供本振参考信号。

微波光子雷达研究进展

一、世界首部全光子数字雷达（PHODIR）

意大利PHODIR项目于2009年底启动，旨在设计、研制和验证具备发射信号光产生、接收信号光处理能力的全数字雷达验证机，解决阻碍全数字雷达收发机的瓶颈问题，例如