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科学的千里眼顺风耳——记西安电子科技大学电子信息学科群的“通信战士”

西电导航2020-03-25 14:24:36


1941年,毛泽东为西电前身院刊《通信战士》题词

微波器件、赛博安全、国防领域、临近空间、深空通信……

中国科学院郝跃院士将微波功率器件效率做到世界最好、密码专家胡予濮教授攻破三个天才提出的GGH方案、杰青廖桂生教授带领的创新群体助力发现美国F-22隐身飞机、年轻教授谢楷和所在团队提出有望缓解通信“黑障”的新思路、长江学者李云松教授长期致力于突破卫星图像数据传输和存储瓶颈……

75年前,毛泽东为中央军委无线电通信学校(西安电子科技大学前身)的院刊题词“你们是科学的千里眼顺风耳”;今天,在这所以信息与通信工程、电子科学与技术、控制科学与工程等学科为主的电子信息高等学府里,同样活跃着一群上天入地的“通信战士”。

微波器件效率的世界纪录

400亿元,这是移动、联通、电信等无线通信商一年的大约电费支出,全球无线通信网络耗电更是占到了全球总发电量的10%,而这主要花在了无线通信高塔基站的耗能大户微波功率器件上。一般情况下,这些器件只能把不超过40%的电能转变成有用的微波信号,其余的大部分都变成了热量耗散掉。

“要是转化率能高一些该多好。经过近20年的努力,郝跃院士带领的团队,将微波功率器件的效率提高到了当前国际最高纪录73%,这也几乎达到了半导体微波功率器件电能转换的极限。


早在1998年,郝跃就带领着团队开始针对新型氮化镓半导体材料与器件进行攻关,相继提出了一系列创新的高质量材料生长方法、新型的半导体材料与器件结构,其成果被国际电子电气协会会士Zanoni教授,评价为过去10多年该领域的三项里程碑成果之一,先后获得国家技术发明二等奖和国家科技进步二等奖各一项。

如今,这些高效率的微波功率器件已经实现产品化,正通过华为、中兴等通信设备制造商,在世界各地的4G通信基站中开始大规模使用,有望在未来覆盖范围更广的5G通信基站发挥更大的作用。

“比传统基站的电能消耗将降低一半以上,基站寿命将会大大延长,通信速率也会大大提高,我们每个人都会因此受益,得到性价比越来越高的无线通信服务。”郝跃说。

据介绍,这些高效率微波功率器件,不仅成功用到了民用领域,而且已经应用到我国的卫星通信、雷达、预警机等一大批国家重大工程中。

赛博安全的智力对决

GGH密码方案有多厉害?它是三个密码天才提出的全新方案,原本有望成为国际密码学研究的新技术。围绕GGH的密码设计与分析,是赛博安全领域近年来一场顶级的世界级智力较量。然而,这道曙光却在瞬间熄灭。

密码学专家胡予濮,一位驰骋“数字战场”的“东方骑士”,在一年的时间里,完全沉浸在破解GGH方案的推导验算中,在尝试了50多种攻击方式都被喊“NG”之后,终于给出一记釜底抽薪的痛击,坐实了GGH方案漏洞的存在。

这项来自中国密码学“黄埔军校”的重要发现意义深远:人们可以不再继续花费时间精力基于GGH方案构建加密标准,拓展密钥交换使用场景,甚至将其应用于商业、金融、军事等系列领域。一旦这些成本被投放之后再发现方案漏洞,造成的社会损失将难以估算。

“痴于学术谜题,羞于浅尝辄止,安于书呆子式。”——这是胡予濮以轻松口吻为自己画的自画像,也是一大批在现代通信领域潜心学术的西电学者的集体白描。

除了对GGH方案的颠覆性研究,西安电子科技大学信息与通信学科的成果近年来接力产出:李建东教授团队发明的大规模无线局域网自主接入结构与方法已纳入通信标准;刘宏伟教授团队发明的雷达目标分类技术使我国雷达功能得到重要扩展……2012年以来,这个学科新增的长江学者特聘教授数量全国第一

国防领域的铸盾行动

2016年国际军事领域有一个爆炸性新闻,中国研制的世界首个反隐身米波雷达,让美国最先进的F-22隐形战机无处遁形

“这个米波雷达,其信号处理机使用的关键技术,就是西电的雷达研究团队提出的。”雷达信号处理国家重点实验室教授、国家自然科学基金创新研究群体学术带头人廖桂生说,可以对F-22进行高可靠、高精度测量。


西电是新中国最早创办雷达工程专业的院校。今天,在被称为雷达“裁判长”的保铮院士带领下,这里聚集着超过30位拥有长江、杰青、青拔、优青等国字号人才称号和教授职称的高层次团队,他们清一色从事雷达研究。

早在两年前,这个以雷达技术为主要研究方向、致力于打造中国版“林肯实验室”的创新体,就曾联合中国电子科技集团公司等单位,以行业产业类第一的成绩,正式通过了国家“2011计划”评审认定。

如今,面向国防领域的重大需求,这个雷达研究团队正源源不断地输出成果:提出了空时自适应动目标检测理论与方法,发明了高分辨雷达成像新技术,创新出雷达目标识别和图像解译方法……

临近空间的大胆探索

“黑障”——一个困扰全世界航天界几十年的难题,连美国这样的“航天大佬”也难以提出有效的解决方案。谢楷——教授、博导、系主任,西电空间科学与技术学院李小平教授团队的“80后”“科学怪人”。

“要啃就啃硬骨头!”这位不久前提出了一种缓解通信“黑障”新方法的小伙子,在2009年读博时就将研究方向瞄准了“黑障”这个世界级难题

研究初期,那个国内外无人尝试过的在实验室环境下复现“黑障”的大胆方案,让李小平教授团队在申请经费和专利的道路上屡遭碰壁,理由便是——无法判断是否具有可行性。

“当时天空一定飘来了那五个字(那都不是事)!”谢楷笑说幸亏没动摇,团队近乎全手工打造出了首台简陋的原理样机,设想基本成功,但它只工作了十几分钟,电极在高能离子轰击下融化了……

凭着一种“匠人精神”和创新、甚至创业的精神,团队接连参与了民口973课题、国家重大科技专项课题等。下一步,在中国科学院包为民院士指导下,团队将在地面和空间全面验证克服“黑障”的方法。

如今,这个团队又牵头申请成功了2016年信息学部唯一的国家重大科研仪器研制专项“临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置”,这也是基金委批准的4个项目之一。

除“黑障”研究之外,西电控制工程与科学学科已在导弹瞄准控制、手绘素描反恐肖像绘制、分子影像成像、生物特征识别、复杂网络控制、智能机器人、复杂电磁环境空间飞行器测控等方面产出一系列重要成果。

深空通信的瓶颈突破

今年42岁,但却已经在航天领域干了17年的长江学者李云松教授,最近又因其团队研制的“星载图像压缩系统”再一次成功运用于“天宫二号”伴随卫星而无比欣喜。李云松解决的问题,是我国现阶段卫星图像数据传输和存储的瓶颈问题之一,也因此获得国家科技进步二等奖一项。

中国月球探测工程“绕、落、回”三大步中,都伴随着李云松在星载图像、视频压缩编码研究的每一小步前行。从第一次看到嫦娥一号回传图像时的欢呼雀跃,到如今经历多次重大任务后的平静与淡然,习以为常的超高航天要求已与这位年轻的“老江湖”难解难分。

“在‘嫦娥三号’的联试中,出现了一些图像方面的问题。一天24小时,一周七天,几个人轮换着盯着检测,最终圆满解决了问题。”这种强度的工作,只是李云松团队紧密围绕国家重大工程做研究、十余年不懈奋斗的缩影。

近年来,深空探测图像压缩、处理与传输技术的相关研究成果解决了深空通信和高分辨率对地观测中的瓶颈问题,满足了科学和工程应用的需求,为我国天基信息系统的未来发展打下了坚实基础并提供了重要技术支撑。

郝跃、胡予濮、廖桂生、谢楷和李云松,只是战斗在新时代电子信息相关学科领域“通信战士”的典型代表,像这样的专家教授在西安电子科技大学还有很多。面对学科前沿的“珠峰”,迎难而上的西电勇士榜,没有句点。


部分图片源自网络

记者:吴华 付一枫 贾凯

责任编辑:田敬权

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