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中国量子雷达研制成功

原标题:中国量子雷达研制成功 有哪些技术优势

上月,中国电科首部基于单光子检测的量子雷达系统在14所研制成功,达到国际先进水平。该量子雷达系统由中国电科14所智能感知技术重点实验室研制,在中国科学技术大学、中国电科27所以及南京大学等协作单位的共同努力下,经过不懈的努力,完成了量子探测机理、目标散射特性研究以及量子探测原理的实验验证,并且在外场完成真实大气环境下目标探测试验,获得百公里级探测威力,探测灵敏度极大提高,指标均达到预期效果,取得阶段性重大研究进展与成果。

国内科研团队相继在量子通信和量子计算上取得技术突破后,中国在量子雷达领域再下一城。那么,和经典雷达相比量子雷达又有何特殊之处呢?

中国量子雷达研制成功

量子雷达团队外场合影

量子雷达不是对经典雷达的颠覆

雷达最早在二战期间得到大规模应用,特别是在不列颠空战中,英国皇家空军依靠雷达的辅助对德国空军造成较大杀伤。当时的雷达单纯利用发射的电磁波信号,经过目标表面散射后,通过判断接收信号的能量,来识别、判断目标。不过,这种雷达的信息载体只能通过信号的绝对幅度或幅度的变化来体现,检测机理就是简单的能量检测,无法区分杂波和目标,分不清在空中飞舞的锡箔条和真正的战机,信息利用方式单一,因此,应用领域受到较大的限制。

随着技术的发展,雷达也不断发生变化,从单纯利用信号的强度信息,演化为综合利用电磁信号的频率和相位信息,即电磁场的二阶特性。通过发射电磁波二阶特性的应用,在调制方式上,出现了线性调频、相位编码和捷变频等复杂信号形式,这些信号形式有效解决了传统雷达时宽与带宽的矛盾,并提升雷达抗干扰、抗杂波的能力。在检测技术上,催生了动目标检测技术、空时自适应处理技术和脉冲多普勒体制,这些技术利用目标和杂波在多普勒域上的差异,实现杂波中运动目标的有效检测,提升雷达抗杂波能力。

量子雷达则是将量子信息技术引入经典雷达探测领域,解决经典雷达在探测、测量和成像等方面的技术瓶颈,提升雷达的综合性能。量子雷达属于一种新概念雷达,首要应用是实现目标有无的探测,在此基础上可以进一步扩展应用领域,包括量子成像雷达、量子测距雷达和量子导航雷达等,从本质上来说,量子雷达并没有脱离经典雷达探测的框架体系,只是在利用量子理论进行系统分析时,对雷达中一些概念和物理现象,如接收机噪声等,具有全新的、更准确的理解。在此基础上,量子雷达从信息调制载体和检测处理等方面入手,提升雷达的性能。总体而言,量子雷达是对经典雷达理论的更新和补充,而不是颠覆和取代。

量子雷达的分类

根据利用量子现象和光子发射机制的不同,量子雷达主要可以分为以下3个类别:

一是量子雷达发射非纠缠的量子态电磁波。其探测过程为利用泵浦光子穿过(BBO)晶体,通过参量下转换产生大量纠缠光子对,各纠缠光子对之间的偏振态彼此正交,将纠缠的光子对分为探测光子和成像光子,成像光子保留在量子存储器中,探测光子由发射机发射经目标反射后,被量子雷达接收,根据探测光子和成像光子的纠缠关联可提高雷达的探测性能。与不采用纠缠的量子雷达相比,采用纠缠的量子雷达分辨率以二次方速率提高。

二是量子雷达发射纠缠的量子态电磁波。发射机将纠缠光子对中的信号光子发射出去,“备份”光子保留在接收机中,如果目标将信号光子反射回来,那么通过对信号光子和“备份”光子的纠缠测量可以实现对目标的检测。

三是雷达发射经典态的电磁波。在接收机处使用量子增强检测技术以提升雷达系统的性能,目前,该技术在激光雷达技术中有着广泛的应用。中电14所实际上应用的是上述三种模式中的一种。

中国量子雷达研制成功

中国量子雷达研制成功

量子雷达的技术优势

目前,经典雷达存在一些缺点,一是发射功率大(几十千瓦),电磁泄漏大;二是反隐身能力相对较差;三是成像能力相对较弱;四是信号处理复杂,实时性弱。针对经典雷达存在的技术难点,量子信息技术均存在一定的技术优势,可以通过与经典雷达相结合,提升雷达的探测性能。

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