儀表網(wǎng)訊 “寬帶復(fù)雜信號(hào)的實(shí)時(shí)捕獲與合成技術(shù)”榮獲2013年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目針對(duì)信號(hào)實(shí)時(shí)捕獲與合成技術(shù)中的高采樣率、高捕獲率、高精度同步等技術(shù)難題，發(fā)明了非均勻校正的大規(guī)模并行采樣技術(shù)、基于信息熵的無(wú)縫測(cè)量方法、精密時(shí)鐘分配以及內(nèi)嵌相位校準(zhǔn)技術(shù)，成功研制了一系列達(dá)到先進(jìn)水平的高性能測(cè)試儀器，打破了國(guó)外壟斷和封鎖，改變了我國(guó)寬帶復(fù)雜信號(hào)實(shí)時(shí)捕獲與合成技術(shù)長(zhǎng)期受制于人的局面。
打破技術(shù)壟斷多項(xiàng)指標(biāo)
記者：田教授您好，恭喜您的團(tuán)隊(duì)獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。請(qǐng)問(wèn)“寬帶復(fù)雜信號(hào)實(shí)時(shí)捕獲與合成技術(shù)”面對(duì)的是什么樣的技術(shù)需求？
田書(shū)林：寬帶復(fù)雜信號(hào)的實(shí)時(shí)捕獲與合成技術(shù)是推動(dòng)電子儀器領(lǐng)域深刻變革的技術(shù)。隨著電子系統(tǒng)頻率越來(lái)越高以及電子信號(hào)復(fù)雜度的急劇上升，對(duì)電子測(cè)試及儀器技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，而寬帶復(fù)雜信號(hào)的實(shí)時(shí)捕獲與合成技術(shù)就是其中的核心。
現(xiàn)代科學(xué)研究和國(guó)家重大工程對(duì)寬帶復(fù)雜信號(hào)的捕獲與合成技術(shù)的需求十分迫切。例如，要評(píng)估大型爆轟試驗(yàn)的效果，就須對(duì)預(yù)定球面空間中的100多路持續(xù)時(shí)間極短、帶寬數(shù)GHz的瞬態(tài)信號(hào)進(jìn)行精密的、同步的測(cè)量分析；在雷達(dá)等電子系統(tǒng)中，要對(duì)偶發(fā)干擾進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)縫測(cè)量并以此為基礎(chǔ)分析和排除故障，也需要借助這種技術(shù)。
因此，多路、寬帶、復(fù)雜信號(hào)的同步、實(shí)時(shí)、無(wú)縫捕獲與合成技術(shù)是反映國(guó)家科學(xué)研究基礎(chǔ)能力的重要共性技術(shù)。然而，由于目前上只有美國(guó)等少數(shù)國(guó)家掌握這種技術(shù)并實(shí)行技術(shù)壟斷和封鎖，以致我國(guó)在該項(xiàng)技術(shù)上長(zhǎng)期受制于人，對(duì)相關(guān)科學(xué)研究和國(guó)家重大工程形成極大的制約。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子儀器產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值超過(guò)千億美元，其中基于復(fù)雜信號(hào)捕獲與合成技術(shù)的示波器、信號(hào)發(fā)生器等時(shí)域儀器占比超過(guò)50%，這表明了該技術(shù)在整個(gè)電子儀器領(lǐng)域的重要和基礎(chǔ)性地位。今天，我們?cè)谠擁?xiàng)技術(shù)上取得的突破性進(jìn)展，對(duì)提高我國(guó)電子測(cè)試技術(shù)的整體水平，推動(dòng)電子儀器行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，具有十分重要的意義。
記者：既然目前只有美國(guó)等少數(shù)國(guó)家掌握這項(xiàng)技術(shù)，想必其難度是極大的。那么，您的團(tuán)隊(duì)又是如何攻克這個(gè)難題的呢？
田書(shū)林：的確，該技術(shù)一直是測(cè)試領(lǐng)域公認(rèn)的難題。這是因?yàn)椋瑢?shí)現(xiàn)寬帶復(fù)雜信號(hào)實(shí)時(shí)捕獲與合成技術(shù)，其核心是提高采樣率和處理速度，而器件性能的提升根本無(wú)法應(yīng)對(duì)信號(hào)帶寬、波形任意化程度的急劇上升；多路信號(hào)之間高皮秒量級(jí)的精密同步要求已接近系統(tǒng)時(shí)鐘抖動(dòng)，以至于傳統(tǒng)技術(shù)手段無(wú)能為力。
針對(duì)高采樣率、高捕獲率、高精度同步等技術(shù)難題，我們通過(guò)方法創(chuàng)新突破了器件的瓶頸，利用國(guó)產(chǎn)核心器件成功實(shí)現(xiàn)了相關(guān)測(cè)試設(shè)備的研制，從而打破了國(guó)外壟斷和封鎖。主要發(fā)明創(chuàng)新包括：
，提出了非均勻校正的大規(guī)模并行采樣方法。針對(duì)規(guī)?；疉DC組時(shí)間交替采集可能引入的非均勻采樣問(wèn)題，提出了大規(guī)模并行（20路）下非均勻性失真的表征與自適應(yīng)信號(hào)重建方法，突破了單個(gè)采樣器件的性能瓶頸，實(shí)現(xiàn)了數(shù)十倍于單個(gè)器件性能的采樣率，利用國(guó)產(chǎn)器件使實(shí)時(shí)采樣率達(dá)到20GHz，突破了國(guó)外的禁運(yùn)和封鎖。
第二，提出了基于信息熵的無(wú)縫測(cè)量方法。對(duì)寬帶信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)縫測(cè)量是確保獲取信號(hào)隨機(jī)、偶發(fā)特征的基礎(chǔ)，但在高采樣率下的長(zhǎng)時(shí)間無(wú)縫測(cè)量，會(huì)帶來(lái)有限存儲(chǔ)容量與極度膨脹的信息量的矛盾，傳統(tǒng)方法是難以克服的。因此我們發(fā)明了基于信息熵的無(wú)縫測(cè)量方法，解決了這個(gè)難題，實(shí)現(xiàn)了高每秒200萬(wàn)幅的波形捕獲率，高出當(dāng)前高指標(biāo)一倍，居于水平。
第三，提出內(nèi)嵌式相位校準(zhǔn)和主動(dòng)補(bǔ)償方法，發(fā)明多通道精密信號(hào)同步技術(shù)，突破了布局布線(xiàn)和時(shí)鐘抖動(dòng)的制約，實(shí)現(xiàn)了100皮秒內(nèi)的同步精度（目前僅美國(guó)安捷倫公司達(dá)到相同指標(biāo)），解決了多目標(biāo)信號(hào)合成的核心難題，在飛機(jī)防撞測(cè)試應(yīng)用中，模擬出多達(dá)154個(gè)不同方位、高度和距離的飛行目標(biāo)信號(hào)，達(dá)到目前國(guó)外商用機(jī)載防撞系統(tǒng)（TCAS）測(cè)試設(shè)備美國(guó)Aeroflex公司IRIS2000水平。
實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用閃亮登上世界舞臺(tái)
記者：這項(xiàng)技術(shù)是否已在我國(guó)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并得到廣泛應(yīng)用呢？
田書(shū)林：已經(jīng)應(yīng)用好幾年了。我們?cè)谶@項(xiàng)技術(shù)上取得了一系列應(yīng)用成果，這些成果是在項(xiàng)目過(guò)程中不同時(shí)間段陸續(xù)形成的，部分成果已經(jīng)通過(guò)校企合作實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用。例如，我們研制出的高性能示波器、任意波形發(fā)生器等儀器，經(jīng)儀器儀表制造商優(yōu)利德量產(chǎn)，新增產(chǎn)值6.44億元，產(chǎn)品約30%遠(yuǎn)銷(xiāo)美國(guó)、德國(guó)、巴西等國(guó)家，使我國(guó)從該類(lèi)儀器的完全進(jìn)口國(guó)躍居為重要出口國(guó)。
在國(guó)內(nèi)，成果被成功應(yīng)用于現(xiàn)代雷達(dá)、軍民通信、航空電子、深空探測(cè)、模擬核爆等眾多涉及復(fù)雜信號(hào)的領(lǐng)域，為科學(xué)研究和國(guó)家重大工程提供了有力支撐。例如，在爆轟試驗(yàn)中，它解決了飛片軌跡等瞬態(tài)信息的獲取問(wèn)題；在深空探測(cè)中，它實(shí)現(xiàn)了深空波形的捕獲，大幅提高了探測(cè)目標(biāo)精度；在國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)、大型運(yùn)輸機(jī)和新型戰(zhàn)機(jī)中，它有效解決了重大機(jī)載裝備的研制和保障難題。
同時(shí)，在項(xiàng)目研究過(guò)程中，我們還作為負(fù)責(zé)單位制定了GB/T15289等3項(xiàng)電子儀器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和2項(xiàng)軍用標(biāo)準(zhǔn)；申請(qǐng)發(fā)明68項(xiàng)（美國(guó)1項(xiàng)），授權(quán)41項(xiàng)，獲轉(zhuǎn)讓費(fèi)858萬(wàn)元；登記軟件著作權(quán)3項(xiàng)；在IEEE等刊物發(fā)表SCI/EI論文65篇；獲省部級(jí)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)。
記者：這項(xiàng)技術(shù)在部分指標(biāo)上已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，是否意味著我國(guó)的該類(lèi)電子儀器在功能和價(jià)格上都具有了比較優(yōu)勢(shì)？
田書(shū)林：我們?cè)趯拵盘?hào)的無(wú)縫測(cè)量等部分技術(shù)上達(dá)到了水平，產(chǎn)品部分技術(shù)指標(biāo)高于當(dāng)前同類(lèi)高產(chǎn)品。而且，由于我們通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，利用低性能器件大規(guī)模并行實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)性能，產(chǎn)品在性?xún)r(jià)比方面與國(guó)外相比具有較大的優(yōu)勢(shì)。
但電子儀器技術(shù)屬于一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)技術(shù)，涉及到材料、器件、工藝、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方方面面。盡管我們?cè)诓糠旨夹g(shù)上做到了，但就整體能力和水平而言依然存在一定的差距。因此，在這份榮譽(yù)面前，我們真的不能有絲毫的自滿(mǎn)和懈怠。一方面，技術(shù)發(fā)展到這個(gè)水平，再往后面走，越走越困難，要有新的突破不僅需要付出更多的努力，而且更加依賴(lài)原始創(chuàng)新；另一方面，我們面臨著一個(gè)激烈競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境，猶如逆水行舟，不進(jìn)則退，國(guó)外也不會(huì)原地踏步等我們來(lái)追趕，他們已經(jīng)在研究更先進(jìn)的技術(shù)、更高指標(biāo)的系統(tǒng)，趕超的任務(wù)十分艱巨。但即便如此，我們也會(huì)義無(wú)反顧地繼續(xù)走下去，努力提升創(chuàng)新能力，爭(zhēng)取使我們?cè)谠摷夹g(shù)領(lǐng)域能夠站得更高、走得更遠(yuǎn)。
加強(qiáng)基礎(chǔ)研究繼續(xù)提升創(chuàng)新能力
記者：那么，如何提高整體的創(chuàng)新能力呢？您對(duì)本年度的國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)有什么整體印象，我國(guó)的創(chuàng)新能力是否有所提升？
田書(shū)林：今年的科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目表明，我國(guó)在基礎(chǔ)研究、農(nóng)業(yè)科技、重大科學(xué)工程和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、國(guó)防與國(guó)家安全領(lǐng)域以及醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、能源資源與安全等群眾普遍關(guān)注的領(lǐng)域都取得了巨大突破，讓人十分振奮。
尤其值得一提的是，國(guó)家自然科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)在連續(xù)三年空缺之后，終于在今年被中國(guó)科學(xué)院院士趙忠賢等人完成的“40K以上鐵基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及若干基本物理性質(zhì)研究”摘取。自然科學(xué)獎(jiǎng)被視為基礎(chǔ)研究水平的象征，自然科學(xué)一等獎(jiǎng)的誕生也標(biāo)志著我國(guó)基礎(chǔ)研究水平的提升。
實(shí)際上，近年來(lái)國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目在數(shù)量和比例結(jié)構(gòu)上，每年都有大幅增長(zhǎng)。2009年有28項(xiàng)，2010年是30項(xiàng)、2011年是36項(xiàng)，今年的數(shù)量則增加到41項(xiàng)。從獎(jiǎng)項(xiàng)的結(jié)構(gòu)看，國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)、技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)和科技進(jìn)步獎(jiǎng)等三大獎(jiǎng)項(xiàng)的比例從2011年的10%、15%、75%調(diào)整為今年的15%、25%、60%，結(jié)構(gòu)趨于合理。這一結(jié)構(gòu)變化表明，基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新越來(lái)越受到重視和加強(qiáng)。
就國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)看，一方面進(jìn)步獎(jiǎng)的總數(shù)和比重逐年減少，另一方面獲獎(jiǎng)完成單位中企業(yè)占比顯著提高。這一變化表明，隨著我國(guó)整體科技水平的提升，企業(yè)作為創(chuàng)新主體的地位正在逐步強(qiáng)化，高校與企業(yè)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域各自的關(guān)注重點(diǎn)也逐步與接軌，更趨合理。因此，作為一所研究型大學(xué)，我們應(yīng)該更加專(zhuān)注于基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)，努力提高原始創(chuàng)新能力。
記者：既然基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新對(duì)我們?nèi)绱酥匾?，?qǐng)問(wèn)從學(xué)校、學(xué)院或團(tuán)隊(duì)層面，您認(rèn)為應(yīng)該怎么做？
田書(shū)林：強(qiáng)化基礎(chǔ)研究已經(jīng)成為理工科學(xué)校的共識(shí)，現(xiàn)在的問(wèn)題就在于如何做。我們學(xué)校是一個(gè)在電子信息領(lǐng)域具有傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的高校，但學(xué)科單一極大制約了我們?cè)诨A(chǔ)研究上的表現(xiàn)。要突破這一困局，必須從“根”上從手，大力和大跨度拓展學(xué)科，實(shí)現(xiàn)從“電子行業(yè)”到“行業(yè)電子”的轉(zhuǎn)變，做到“根深、枝繁、葉茂”。近年來(lái)，學(xué)校在學(xué)科拓展方面的諸多舉措，可謂是對(duì)癥下藥，對(duì)我們的基礎(chǔ)研究和學(xué)科水平的提升意義重大。
自動(dòng)化工程學(xué)院的儀器科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程兩個(gè)學(xué)科，都具有應(yīng)用性極強(qiáng)、與背景學(xué)科關(guān)聯(lián)性高、學(xué)科滲透性強(qiáng)的特點(diǎn)。為了進(jìn)一步強(qiáng)化特色、鞏固優(yōu)勢(shì)，首先我們要繼續(xù)狠抓大團(tuán)隊(duì)建設(shè)。建設(shè)大團(tuán)隊(duì)對(duì)于承擔(dān)重大工程項(xiàng)目和解決重大技術(shù)難題，其重要性不言而喻。同時(shí)，從應(yīng)用需求中發(fā)現(xiàn)本領(lǐng)域的科學(xué)問(wèn)題和重大技術(shù)難題，從而持續(xù)投入經(jīng)費(fèi)和力量展開(kāi)研究，大團(tuán)隊(duì)具有突出的優(yōu)勢(shì)。因此，大團(tuán)隊(duì)建設(shè)也是加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的一種極為有效的途徑。
我們團(tuán)隊(duì)以“電子科技大學(xué)測(cè)試技術(shù)與儀器研究所”為主體，從“八五”開(kāi)始在陳光踽教授帶領(lǐng)下起步，在王厚軍、黃建國(guó)教授等的共同努力下發(fā)展壯大，經(jīng)過(guò)二十多年的建設(shè)，形成了擁有專(zhuān)任教師和研究人員近40人、年研究經(jīng)費(fèi)近3000萬(wàn)的集體。“堅(jiān)持、創(chuàng)新、協(xié)作、包容”是團(tuán)隊(duì)發(fā)展的秘訣。盡管我們團(tuán)隊(duì)取得了一些成績(jī)，但基礎(chǔ)研究相對(duì)薄弱也是制約我們發(fā)展的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。為此，我們近幾年已著手逐步調(diào)整研究布局，堅(jiān)持基礎(chǔ)和應(yīng)用兩手抓，著力提高創(chuàng)新能力和學(xué)術(shù)水平。
為了加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，進(jìn)一步提高創(chuàng)新能力，無(wú)論是學(xué)院還是我們團(tuán)隊(duì)，下一步都要大力推進(jìn)學(xué)科交叉，充分發(fā)揮我們學(xué)科適應(yīng)面寬、滲透性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在交叉應(yīng)用中尋求新的學(xué)術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)；此外，還要堅(jiān)持不懈地推進(jìn)海外人才引進(jìn)工作，彌補(bǔ)我們?cè)谇把匮芯糠矫娴牟蛔恪Ｎ蚁嘈?，通過(guò)不斷努力，我們的基礎(chǔ)研究和創(chuàng)新能力一定會(huì)逐步提升，為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家做出更多貢獻(xiàn)。
【田書(shū)林簡(jiǎn)介】
現(xiàn)任電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院院長(zhǎng)、電子測(cè)試技術(shù)與儀器教育部工程研究中心主任、國(guó)家電子測(cè)量?jī)x器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員。長(zhǎng)期從事測(cè)控技術(shù)與儀器領(lǐng)域的教學(xué)與研究，在寬帶實(shí)時(shí)信號(hào)獲取與處理、高速波形合成、電子系統(tǒng)綜合測(cè)試診斷與預(yù)測(cè)、電子系統(tǒng)可測(cè)性設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)/通信測(cè)試等研究方向上，先后主持和承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、國(guó)防基礎(chǔ)科研、博士點(diǎn)基金等國(guó)家和部委研究課題20多項(xiàng)。2005年獲“第八屆四川省青年科技獎(jiǎng)”，2006年入選“教育部新世紀(jì)人才支持計(jì)劃”；獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)11項(xiàng)，其中一等獎(jiǎng)3項(xiàng)；主持制定《GB/T15289數(shù)字存儲(chǔ)示波器通用規(guī)范》等電子儀器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)；在IEEETrans.、電子學(xué)報(bào)、儀器儀表學(xué)報(bào)等國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文50余篇，獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明20余項(xiàng)，撰寫(xiě)《現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)》等國(guó)家規(guī)劃教材和專(zhuān)著3部。2013年，與團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“寬帶復(fù)雜信號(hào)的實(shí)時(shí)捕獲與合成技術(shù)”榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。
