雷达信号处理国家级重点实验室的建设与发展

2018-05-21程荣刚张林让

实验室研究与探索 2018年4期

程荣刚，徐青，张林让

(西安电子科技大学雷达信号处理国家级重点实验室，西安 710071)

0 引言

美国麻省理工学院辐射实验室[1](林肯实验室前身)研制的雷达为二战胜利发挥了关键作用，被评价为“虽然是原子弹结束了战争，但是赢得战争却是依靠雷达”[2]。我国雷达技术经过几十年的发展，已处于跟踪研仿向自主创新过渡的关键时期，雷达科技队伍在加强雷达新体制、新理论、新方法及其应用领域开展了广泛深入的研究，取得了丰硕的成果，其中雷达信号处理国家重点实验室就是一个典型的缩影。雷达信号处理国家重点实验室依托在西安电子科技大学，经过40多年的建设与发展历程，目前雷达信号处理国家重点实验室拥有信号与信息处理硕士点、博士点、博士后流动站；拥有信号与信息处理国家“211工程”建设的重点学科；拥有各种信号产生、测试分析和数据采集用的先进仪器设备；拥有注重基础，面向需求，为共同目标而努力奋斗的基础扎实、严谨务实的中青年学术骨干为主的科研队伍。现任学术委员会主任为中国科学院院士保铮教授，现任实验室主任为教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者、原总装备部雷达探测专业组专家刘宏伟教授。

雷达信号处理国家重点实验室的前身是保铮院士于1974年成立的数字信号处理研究小组。

1 数字信号处理研究小组的成立[3-5]

1973年10月，正在陕西眉县“五七”干校劳动的保铮，突然接到学校的通知，让他去南京参加四机部召开的一个重要会议。这个会议与进口雷达有关。原来，当时我国为解决国内航空安全问题，从法国汤姆逊公司(现名泰勒斯公司)进口了5部LP-23航管雷达，但在当时的国际环境下，因为存在技术封锁，法国人拒绝出口航管雷达的“数字动目标分机”，该分机的功能是从雷达回波中消除固定杂波(如山、大建筑)，只把所需的动目标即飞机显示出来。由于对华的技术禁运，法国将航管雷达中数字信号处理部分去除。

为了解决这个问题，国内有关方面召开了会议。参加会议的保铮看过法国人的方案，认为该方案不尽完美，①设计过于复杂，②限制持续发展，③欠缺实际通用性。保铮提出，中国雷达向数字信息处理实现与应用的转变需全面，研制需通用，希望能以数字动目标显示器的研究、开发与制造为契机进行自主设计与研制。

1974年末，国家将“0.2 μs数字动目标显示”的研制任务交给了西电，并拨付19万元的科研经费。学校接到任务后，支持由保铮牵头，组建一支8人课题小组进行攻关。

当时，课题小组的科研条件相当艰苦，几乎是从零起步，需要弥补课题所需知识和研究所需设备两方面的欠缺。为了解决这些实际困难，保铮决定先研制0.5 μs数字动目标显示器。在研制过程中，小组成员是缺什么就补什么，不懂数字电路，但要设计数字相消电路，就自学布尔代数、与非门等知识；国外对华禁售A/D模数变换器，小组成员就以比较器、运算放大器等元器件为基础自行研制；对于难以购买的实验器件，小组成员就自己动手在白纸上粘贴一根根黑色胶带线来设计电路板、采用磁芯手工绕制存储器件等。

经过1年多的艰苦攻关，在保铮的带领下，包括彭学愚在内的8人课题小组终于在1976年秋成功研制出了颇具特色的0.5 μs数字动目标显示器。该数字化设备跟法国设备相比，实际性能更好更出色，结构简单、通用性强，能从雷达回波中消除固定杂波(如山、大建筑)，只把所需的动目标即飞行器显示出来。这项技术将数字技术充分地应用到雷达中，能有效地解决当时国产雷达的动目标显示问题(见图1)。不久之后，课题小组又继续突破了0.2 μs数字动目标显示的关键技术，进而研制出0.2 μs数字动目标显示器(MTI)，这不但打破了西方国家在雷达领域的技术封锁，开创了数字技术进入我国雷达研制的先河，也进一步扩大了西电在全国的影响力，1980年获得电子工业部科技进步一等奖。

图1 1979年12月保铮等人调试设备

数字信号处理小组于1980年发展成为电子工程研究所。

2 电子工程研究所的发展

1978年后，为研制数字动目标显示而成立的8人科研小组迅速发展，并将推广数字信号处理在雷达中的应用作为研究方向，先扩充为研究室，继而又扩大为电子工程研究所(见图2)。

图2 电子工程研究所成立大会

在保铮的主持下，雷达信号处理研究一直处于国内领先地位，雷达领域内的尖端技术一项接一项地被攻破。1982年，研制出了我国第一台动目标检测器[6]，获1985年电子部科技进步二等奖。同年，研制出自适应天线旁瓣相消系统[7]，获国家科技进步三等奖。

1984年，彭学愚与保铮、张守宏一起在电子学报和国际雷达会议发表了“动目标检测雷达抑制气象杂波的研究”[8]一文。动目标检测器和该论文都荣获了电子部科技进步奖。

1989年，研制了我国第一台可编程雷达信号处理机[9]，获电子工业部科技进步一等奖和国家科技进步二等奖。

1991年在电子工程研究所的基础上建立了雷达信号处理国家重点实验室(见图3)。

图3 雷达信号处理国家重点实验室成立大会

3 雷达信号处理国家重点实验室的建设[10-16]

1991年4月23日正式立项，在边建设边运行的建设原则指导下，实验室于1995年9月23日～25日通过了原国防科工委和原电子部组织的验收，并正式投入运行。2004年，实验室获得拓展提高项目支持，总投资人民币4 710万元，其中设备费4 448.97万元。通过二期建设，实验室拥有的实验仪器和设备条件得到了进一步的改善，科研场地也由原来的2 949 m2扩展到现在的5 200 m2。

3.1 历年评估

雷达信号处理国家重点实验室是国内率先开展数字信号处理研究的单位之一，30多年来结合国防需要，将先进的信号处理技术应用于各类雷达，对推动国内雷达的发展起了重要作用，受到总装各部领导机关和雷达装备研制部门的重视。同时，实验室在信号处理理论和方法研究方面，结合研究生培养做了大量基础性和前沿性的工作。2000年和2003年重点实验室评估中成绩为优秀；2009年重点实验室评估位列25个参评实验室第8名；2013年重点实验室评估位列23个参评实验室第5名。

2014年，以重点实验室为主体的“信息感知技术协同创新中心”通过国家“2011计划”认定，位列行业产业类第一[17]，进一步奠定了学校在全国高校中突出的雷达国防科研特色优势地位。

3.2 人才队伍建设

实验室倡导团队精神，注重基础，面向需求，形成了一支为共同目标而努力奋斗的基础扎实、严谨务实的中青年学术骨干为主的研究队伍。现有教职工62人，其中中科院院士1人，教育部“长江学者特聘教授”2人，国家杰出青年基金获得者2人，中国青年女科学家奖获得者1人，“万人计划”青年拔尖人才1人，科技部中青年领军创新人才1人，教育部“长江学者奖励计划”青年学者1人，“长江学者讲座教授”1人，“千人计划”2人，“青年千人”1人，国家自然科学基金优青获得者3人，国家自然科学基金创新研究群体1个，教育部“创新团队”1个，教育部跨/新世纪人才12人，陕西省有突出贡献专家1人，陕西省“三秦学者”特聘教授1人，陕西省青年科技新星5人，享受国务院政府特殊津贴6人。教授27人(博士生导师32人)，副教授、高工30人。教师中具有博士学位57人。

实验室现有近400多名硕士生、100多名博士生和近10名博士后在实验室学习和工作。实验室的教学活动与科研紧密结合，已培养的博士和硕士研究生理论基础扎实，科研能力强，受到各界普遍好评。培养的博士生中有4人获全国百篇优秀博士论文，5人获全国百篇优秀博士论文提名，10人获陕西省优秀博士学位论文。

3.3 学科建设

实验室是承担雷达信号处理领域基础性研究任务的国家级实验室，同时也是“信号与信息处理”国家级重点学科的科研、教学基地和依托单位，设有硕士点、博士点和博士后流动站。该学科在2002年和2007年的教育部国家重点学科评估中两次均名列全国“第一”，其所在的一级学科“信息与通信工程”在2012年全国第三轮一级学科评估中名列全国“第二”。

3.4 科研平台构建

实验室拥有各种信号产生、测试分析和数据采集用的先进仪器设备以及电子系统自动化设计手段，开发定制了系列实验雷达，具有自主开展试验的能力，实验条件和工作环境好。实验室建立了供国内外学术交流与合作平台，为科研人员和学生提供了良好的学术氛围和环境。各研究组定期学术讨论，为学生研究视野的拓展和研究能力的提升奠定了良好的基础。

3.5 取得成果

实验室根据国防建设需要，结合学科发展，开展科学研究活动，承担并完成了一批国家重点科研项目。包括国家科技预先研究项目、国家自然科学基金项目、国家/国防“973”和“863”高技术项目等课题；积极与有关厂、所合作，众多科技成果已在雷达中得到应用，比如1983年研制的雷达信号模拟器；1991年研制的获机械电子部科技进步二等奖的数字旁瓣相消器；1995年研制的获电子部科技进步三等奖的时空二维自适应信号处理系统。科技成果获省部级以上奖励有45项，其中全国科学大会奖1项，国家科技进步一等奖1项，国家技术发明一等奖1项，国家技术发明二等奖1项，国家科技进步二、三等奖5项，国防技术发明特、一、二等奖各1项。

4 结语

长期以来，实验室按照“基础研究为本，密切联系实际，发扬团队智慧”的工作指导思想，在我国著名雷达专家保铮院士的带领下，重视源头创新，面向国际学术前沿，面向国防重大需求，开展雷达系统及信号处理领域的基础理论研究及关键技术攻关等研究工作，为我国雷达系统理论发展和研制水平提升做出了突出贡献，已成为我国雷达技术领域重要的理论创新、科学研究、技术辐射和人才培养基地。

参考文献(References)：

[1] 史仁杰.雷达反导与林肯实验室[J].系统工程与电子技术，2017,29(11)：1781-1799.

[2] 唐琳.林肯实验室：国家安全的守护神[J].科学新闻,2013(10)：40-41.

[3] 刘洋,黄丽萍.雷达“裁判长”保铮[N].中国科学报,2014-04-04(10).

[4] 张守宏：小兴趣引领出50载雷达人生[N].西安日报,2016-09-13(6).

[5] 【西电往事】吴顺君：我与雷达的一生“邂逅”[EB/OL].西安电子科技大学综合信息服务网,2017-02-16.

[6] 西电故事—85岁彭学愚：1982年参与研制出中国第一台动目标检测器[EB/OL].西安电子科技大学搜狐公众平台,2017-05-09.

[7] 保铮.自适应天线旁瓣相消的几个主要问题[J].西安电子科技大学学报,1980(4)：3-19.

[8] 保铮,彭学愚,张守宏.动目标检测雷达抑制气象杂波的研究[J].电子学报,1984(1)：30-36.

[9] 吴顺君.一种高性能的可编程雷达信号处理机[J].西安电子科技大学学报,1987(1)：16-25.

[10] 李春.雷达信号处理国家重点实验室[J].技术与创新管理,1999(1)：28.

[11] 西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室介绍[J].学位与研究生教育,1993(6)：16.