作者: 吴华 付一枫 贾凯 张行勇 来源:中国科学报 发布时间:2017-1-3
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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”

西安电子科技大学科研团队正在进行试验。 

■本报通讯员 吴华 付一枫 贾凯 记者 张行勇

微波器件、赛博安全、国防领域、临近空间、深空通信……

76年前,毛泽东同志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,这大约是移动、联通、电信等无线通信商一年的电费支出,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,西安电子科技大学副校长、中国科学院院士郝跃带领的团队,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奖二等奖和国家科技进步奖二等奖各一项。

如今,这些高效率的微波功率器件已经实现了产品化,正通过华为、中兴等通信设备制造商,在世界各地的4G通信基站中大规模使用。

“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、西安电子科技大学教授胡予濮在一年的时间里,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。

“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。

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。”

西安电子科技大学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”的中国科学院院士保铮的带领下,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)!”谢楷笑言,当时幸亏没动摇,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”计划课题、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仪器专项“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。

深空通信的瓶颈突破

今年43岁,却已经在航天领域干了17年的长江学者、西安电子科技大学教授李云松,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奖二等奖一项。

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。

郝跃、胡予濮、廖桂生、谢楷和李云松,他们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,而像这样的专家、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。

《中国科学报》 (2017-01-03 第8版 创刊)
 
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