讓雷達看清千米外小蟲，讓衛(wèi)星帶著“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(fā)表SCI檢索論文130余篇；牽頭授權發(fā)明專利50余項；獲國家技術發(fā)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(chuàng)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。

　　云南，江城。一臺空中昆蟲生物遷飛探測雷達正在監(jiān)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制的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(shù)公里之外，測出單只昆蟲的體長、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采訪時，提起這臺雷達，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(chuàng)新爭先獎章”。創(chuàng)新，是流淌在龍騰乃至北理工雷達技術研究團隊血液里的東西。“我們一直鼓勵自由探索。”龍騰強調。

　　千米認蟲，為農業(yè)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(fā)展水平還相對落后。“當時我們看到國外提出來的新想法、新機制，覺得嘆為觀止，好像永遠不可能追得上。”龍騰說，“但現(xiàn)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，就是團隊正在研制的探蟲雷達。

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

　　一個有著悠久歷史的雷達研究所，怎么想到俯下身子去跟昆蟲“較勁”？這要從六年前說起。

　　那天龍騰回到所里，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：一個大院士怎么會連招呼都不打，就自己過來了？

　　他上網(wǎng)一查，確有其人，趕緊把電話撥過去。原來，吳孔明想做監(jiān)測昆蟲遷飛情況的雷達，他知道北理工研制雷達的水平，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：昆蟲什么時候起飛；昆蟲究竟怎么飛；昆蟲遷飛時在天上有成層現(xiàn)象，到底是怎么成層的？

　　傳統(tǒng)的探蟲雷達，能夠探測的是蟲群。但龍騰團隊想做的探蟲雷達，是探測單只昆蟲。

　　蟲子那么小，如何認“敵”于千米之外？若用傳統(tǒng)方法，要在這樣距離上實現(xiàn)毫米級的測量精度，雷達帶寬得達到150G赫茲，以現(xiàn)有的雷達技術根本不可能實現(xiàn)。

　　團隊選擇了“曲線救國”——間接探測。一共用四臺雷達，包括一臺天線長度達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，一起鎖定一只蟲子。

　　龍騰比劃著，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，有一個對應關系，呈現(xiàn)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。”

　　基于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，新得讓人心里犯嘀咕。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；后來又去野外試驗一年，驗證了脫離實驗室環(huán)境也行。2017年，探蟲雷達終于獲批國家重大科研儀器設備研制專項。

　　讓衛(wèi)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，也運行著龍騰團隊的成果——星上合成孔徑雷達成像處理系統(tǒng)。

　　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(tǒng)的遙感衛(wèi)星信息獲取鏈路是地面任務規(guī)劃、星上數(shù)據(jù)采集、原始數(shù)據(jù)下傳、地面處理后信息分發(fā)到用戶。隨著我國高分遙感衛(wèi)星技術的發(fā)展，星上獲取的數(shù)據(jù)量呈幾何級增長，海量數(shù)據(jù)需要傳輸、處理再分發(fā)，這就有一個突出問題——慢。

　　如果衛(wèi)星能帶著“腦子”上天，它可以剔除無效信息，只需要傳輸最終結果，數(shù)據(jù)量可以大幅精簡。這樣一來，地面接收數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理這個需求一直就有。2000年前后，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后，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，他們終于把這條路走通了。

　　“長期以來圍繞國家需求開展體系化創(chuàng)新，持之以恒地努力，才最終促成了領先世界科研成果的誕生。”龍騰說得堅定，“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衛(wèi)星星上處理系統(tǒng)和首個微波成像衛(wèi)星星上處理系統(tǒng)。其形成的有效信息數(shù)據(jù)量僅為原始數(shù)據(jù)的千分之一，能從衛(wèi)星直接廣播給最終用戶，延遲僅為分鐘級。該技術成果于2018年獲得國家技術發(fā)明二等獎。

　　系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)當當運行了多年。龍騰說，應用單位對這套系統(tǒng)的評價是——革命性突破，跨越式發(fā)展。

　　值得一提的是，目前在軌衛(wèi)星中搭載類似系統(tǒng)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(chuàng)新活力的團隊。團隊獲得過許多科技創(chuàng)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系？”記者問。龍騰糾正道：“我們是完全平等的關系。”

　　所里強調一點——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。”龍騰說。

　　采訪中，龍騰常提到自己的導師——雷達技術研究所的創(chuàng)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。”所里的工作人員說。

　　這種精神也感召著團隊。

　　工作的源動力，不應該來自于外界，而應來自于自己的內心。“做我們這種研究，智力不是決定因素，努力才是第一位的。”沒有成功來得輕松。“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。

　　這么“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(qū)的狀元都選擇了這所學校，校內可謂人才濟濟。

　　本科畢業(yè)時，學的是無線電專業(yè)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“耿耿于懷”——當年的他看了很多跟專業(yè)無關的人文類書籍。“周圍的人都那么聰明，你還花很多時間干別的，可想而知，你的成績肯定不是最好的。”他說。

　　到北京讀研后，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。”他平靜地說道。龍騰知道，閱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，還是說道：“我應該會在非專業(yè)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(guī)矩，凡是敢來、愿意來的，都做好了要在這拼搏的準備。”龍騰強調，“來了，就要特別能戰(zhàn)斗。”　　本報記者 張蓋倫