讓雷達(dá)看清千米外小蟲，讓衛(wèi)星帶著“大腦”上天

　　國(guó)外想不到的雷達(dá)，他和團(tuán)隊(duì)搞出來了

　　人物檔案

　　龍騰：北京理工大學(xué)教授、黨委常委、副校長(zhǎng)，教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授。長(zhǎng)期從事新體制雷達(dá)與實(shí)時(shí)信息處理領(lǐng)域的研究工作，出版學(xué)術(shù)著作2本，發(fā)表SCI檢索論文130余篇；牽頭授權(quán)發(fā)明專利50余項(xiàng)；獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)（排名第一），國(guó)防和軍隊(duì)科技成果一、二、三等獎(jiǎng)共8項(xiàng)， 2019年獲何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)，2020年獲“全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)?wù)?rdquo;。擔(dān)任中國(guó)電子學(xué)會(huì)信號(hào)處理分會(huì)主任委員，是中國(guó)電子學(xué)會(huì)會(huì)士、英國(guó)IET Fellow、美國(guó)IEEE Fellow。

　　云南，江城。一臺(tái)空中昆蟲生物遷飛探測(cè)雷達(dá)正在監(jiān)測(cè)從緬甸方向飛來的草地貪夜蛾。

　　這是北京理工大學(xué)雷達(dá)技術(shù)研究所研制的Ku波段高分辨全極化昆蟲探測(cè)雷達(dá)的第一代樣機(jī)。它能在數(shù)公里之外，測(cè)出單只昆蟲的體長(zhǎng)、體重、飛行角度和振翅幅度。

　　“全世界的雷達(dá)都做不了這個(gè)。”6月4日，龍騰接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)，提起這臺(tái)雷達(dá)，自信且興奮。

　　龍騰是北京理工大學(xué)副校長(zhǎng)、雷達(dá)技術(shù)研究所所長(zhǎng)，也是我國(guó)雷達(dá)信息處理領(lǐng)域?qū)W術(shù)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(dá)，更是沒有一點(diǎn)磕絆——這是他研究了三十年的東西。

　　前不久，龍騰獲得“全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)?wù)?rdquo;。創(chuàng)新，是流淌在龍騰乃至北理工雷達(dá)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)血液里的東西。“我們一直鼓勵(lì)自由探索。”龍騰強(qiáng)調(diào)。

　　千米認(rèn)蟲，為農(nóng)業(yè)害蟲防控提供支撐

　　1989年，龍騰進(jìn)入北京理工大學(xué)時(shí)，我國(guó)雷達(dá)技術(shù)發(fā)展水平還相對(duì)落后。“當(dāng)時(shí)我們看到國(guó)外提出來的新想法、新機(jī)制，覺得嘆為觀止，好像永遠(yuǎn)不可能追得上。”龍騰說，“但現(xiàn)在，國(guó)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(guó)外沒有想到。”

　　一個(gè)典型例子，就是團(tuán)隊(duì)正在研制的探蟲雷達(dá)。

　　該雷達(dá)能夠在幾公里之外分辨單只昆蟲的類別，可為我國(guó)農(nóng)業(yè)害蟲防控提供基礎(chǔ)支撐。

　　一個(gè)有著悠久歷史的雷達(dá)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(guó)農(nóng)科院的吳孔明院士前來拜訪，還留了張名片。龍騰對(duì)此將信將疑：一個(gè)大院士怎么會(huì)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(cè)昆蟲遷飛情況的雷達(dá)，他知道北理工研制雷達(dá)的水平，兩個(gè)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(shí)候起飛；昆蟲究竟怎么飛；昆蟲遷飛時(shí)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(dá)，能夠探測(cè)的是蟲群。但龍騰團(tuán)隊(duì)想做的探蟲雷達(dá)，是探測(cè)單只昆蟲。

　　蟲子那么小，如何認(rèn)“敵”于千米之外？若用傳統(tǒng)方法，要在這樣距離上實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的測(cè)量精度，雷達(dá)帶寬得達(dá)到150G赫茲，以現(xiàn)有的雷達(dá)技術(shù)根本不可能實(shí)現(xiàn)。

　　團(tuán)隊(duì)選擇了“曲線救國(guó)”——間接探測(cè)。一共用四臺(tái)雷達(dá)，包括一臺(tái)天線長(zhǎng)度達(dá)2.5米的相控陣?yán)走_(dá)和三部2.5米天線的多頻全極化雷達(dá)，一起鎖定一只蟲子。

　　龍騰比劃著，盡力用淺顯語言解釋：“雷達(dá)回波的大小和測(cè)量這個(gè)回波所用的頻率之間，有一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，呈現(xiàn)為一條曲線。”這條曲線，是研究雷達(dá)的人都知道的常識(shí)。“我們測(cè)量曲線上的幾個(gè)頻點(diǎn)，用它擬合、反演，推測(cè)出蟲子的長(zhǎng)度。”

　　基于大家都知道的這種常識(shí)，團(tuán)隊(duì)提出了新機(jī)理，也就此開拓了全新的應(yīng)用空間。

　　不過，這種想法實(shí)在太新，新得讓人心里犯嘀咕。一開始申請(qǐng)立項(xiàng)時(shí)，連原理是否可行都遭到了否定。團(tuán)隊(duì)抓了一年蟲子，在微波暗室驗(yàn)證了原理可行；后來又去野外試驗(yàn)一年，驗(yàn)證了脫離實(shí)驗(yàn)室環(huán)境也行。2017年，探蟲雷達(dá)終于獲批國(guó)家重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)。

　　讓衛(wèi)星帶“腦子”上天，中國(guó)獨(dú)一家

　　邊境線上，有龍騰團(tuán)隊(duì)的探蟲雷達(dá)樣機(jī)；在地球軌道上，就在此時(shí)此刻，也運(yùn)行著龍騰團(tuán)隊(duì)的成果——星上合成孔徑雷達(dá)成像處理系統(tǒng)。

　　雷達(dá)，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(tuán)隊(duì)一直做的，就是武裝和升級(jí)雷達(dá)的大腦。

　　傳統(tǒng)的遙感衛(wèi)星信息獲取鏈路是地面任務(wù)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(guó)高分遙感衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，星上獲取的數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)增長(zhǎng)，海量數(shù)據(jù)需要傳輸、處理再分發(fā)，這就有一個(gè)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(jié)果，數(shù)據(jù)量可以大幅精簡(jiǎn)。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(gè)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(gè)需求一直就有。2000年前后，我們就有一個(gè)以此為目標(biāo)的預(yù)研課題。”但受到各種主客觀條件限制，這在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為“不可能”。不過，團(tuán)隊(duì)沒有將這個(gè)想法拋之腦后，而是一直想辦法向前推進(jìn)，結(jié)合新的技術(shù)手段，設(shè)計(jì)新的路線。

　　算法、架構(gòu)、芯片……關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過。用了十幾年的時(shí)間，他們終于把這條路走通了。

　　“長(zhǎng)期以來圍繞國(guó)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(lǐng)先世界科研成果的誕生。”龍騰說得堅(jiān)定，“碰到困難，我們是不退的。”

　　不退，所以雷達(dá)技術(shù)研究所成功構(gòu)建了我國(guó)首個(gè)光學(xué)衛(wèi)星星上處理系統(tǒng)和首個(gè)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?jī)H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(jí)。該技術(shù)成果于2018年獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

　　系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)運(yùn)行了多年。龍騰說，應(yīng)用單位對(duì)這套系統(tǒng)的評(píng)價(jià)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(guó)是獨(dú)一家。

　　工作源動(dòng)力不應(yīng)來自外界，而是內(nèi)心

　　龍騰帶領(lǐng)的是一個(gè)充滿創(chuàng)新活力的團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)獲得過許多科技創(chuàng)新類獎(jiǎng)項(xiàng)，攻克過不少難題，在雷達(dá)領(lǐng)域享有盛名。

　　大家常聚在一起討論，交流思路，碰撞想法。團(tuán)隊(duì)不搞一言堂。“你們是相對(duì)平等的關(guān)系？”記者問。龍騰糾正道：“我們是完全平等的關(guān)系。”

　　所里強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)——做研究是要做成事情；不能反過來，為了文章和獎(jiǎng)項(xiàng)去做研究。“不能虛，要踏踏實(shí)實(shí)。”龍騰說。

　　采訪中，龍騰常提到自己的導(dǎo)師——雷達(dá)技術(shù)研究所的創(chuàng)始人毛二可院士。毛二可研究了一輩子雷達(dá)，如今已年過耄耋，仍每天堅(jiān)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(tuán)隊(duì)。

　　工作的源動(dòng)力，不應(yīng)該來自于外界，而應(yīng)來自于自己的內(nèi)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(shí)間的90%放在了雷達(dá)研究上。”龍騰總結(jié)。

　　這么“拼”，好像是一種習(xí)慣。

　　龍騰從小就是學(xué)霸，16歲，他就考上了中國(guó)科技大學(xué)。要知道，那一年，12個(gè)省區(qū)的狀元都選擇了這所學(xué)校，校內(nèi)可謂人才濟(jì)濟(jì)。

　　本科畢業(yè)時(shí)，學(xué)的是無線電專業(yè)的他，盯上了當(dāng)時(shí)在信息與通信工程名列前茅的北京理工大學(xué)，找到的是學(xué)院最有名的導(dǎo)師毛二可。龍騰的想法，就是找最好的。

　　時(shí)間已過了三十年，但回憶起本科，龍騰仍有些“耿耿于懷”——當(dāng)年的他看了很多跟專業(yè)無關(guān)的人文類書籍。“周圍的人都那么聰明，你還花很多時(shí)間干別的，可想而知，你的成績(jī)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(fèi)時(shí)間的興趣愛好，將更多精力放到了雷達(dá)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(yuǎn)，知識(shí)面就不能窄。但如果能再來一次，他想了想，還是說道：“我應(yīng)該會(huì)在非專業(yè)類書上少花些時(shí)間。”

　　負(fù)責(zé)人如此自律且勤奮，雷達(dá)技術(shù)研究所在整個(gè)北理工，也以“要求嚴(yán)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(zhǔn)備。”龍騰強(qiáng)調(diào)，“來了，就要特別能戰(zhàn)斗。”　　本報(bào)記者 張蓋倫