我国宽带复杂信号实时捕获与合成技术打破国外技术垄断

电子科大喜获国家技术发明二等奖

田书林教授从北京载誉归来

1月10日上午，2013年度国家科学技术奖励大会在北京隆重举行，10位科技专家和313项成果获奖，我校《宽带复杂信号实时捕获与合成技术》荣获国家技术发明二等奖。项目负责人、自动化学院院长田书林教授代表团队领奖归来。

该项目针对信号实时捕获与合成技术中的高采样率、高捕获率、高精度同步等技术难题，发明了非均匀校正的大规模并行采样技术、基于信息熵的无缝测量方法、精密时钟分配以及内嵌相位校准技术，成功研制了一系列达到国际先进水平的高性能测试仪器，打破了国外垄断和封锁，改变了我国宽带复杂信号实时捕获与合成技术长期受制于人的局面。

目前，该成果已实现产业化应用，近三年来销售8万多台，产值达6.4亿，产品近30%远销美国、德国、巴西等国家，从而使我国从该类仪器的完全进口国跃居为出口国。

该成果为我国尖端科学研究和国家重大工程提供了有力支撑，不仅解决了爆轰试验中的飞片轨迹等瞬态信息获取问题，大幅提高了深空探测目标的精度；在国产大飞机、大型运输机和新型战机中也有效解决了重大机载装备的研制和保障难题。产品应用到中科院上海技物所、中国工程物理研究院等研究单位，满足了我国深空探测等领域的科研急需。

该奖项是我校在电子测试技术及仪器领域所获的最高荣誉。“这是我们团队坚持不懈的结果，是团队集体智慧的结晶，也是我校科研实力和创新能力提升的一个写照”，田书林教授说，“这项技术还有很大的提升空间，我们将继续努力，通过进一步加强基础研究提高核心竞争力，使我们在该领域能够站得更高、走得更远！”

据了解，本年度共评出国家自然科学奖54项，其中一等奖1项、二等奖53项；国家技术发明奖71项，其中一等奖2项、二等奖69项；国家科学技术进步奖188项，其中特等奖3项、一等奖24项、二等奖161项；8名外籍专家被授予中华人民共和国国际科学技术合作奖。(王晓刚)

【项目简介】

电子仪器是科学仪器的重要组成部分，也是国家测试基础水平的重要标志。据统计，该产业全球产值超过千亿美元，其中，基于捕获与合成技术的示波器、信号发生器等时域仪器占比超过50%。

随着电子技术发展，宽带实时捕获与合成技术，不但直接决定时域仪器的水平，而且由于该技术已跨入微波段，成为推动整个电子仪器领域深刻变革的引领技术。

现代科学研究和国家重大工程，对宽带复杂信号的捕获与合成技术提出了迫切的需求。例如，为了评估大型爆轰试验的效果，必须对预定球面空间中100多路，持续时间极短、带宽数GHz的瞬态信号进行精密、同步的测量分析。再如，雷达等电子系统中，偶发的干扰往往是故障和失效的深层次原因。对其进行长时间的无缝测量，是发现和分析故障的重要前提；同时，通过合成技术复现这种随机现象，对系统性能验证必不可少。

因此，多路、宽带、复杂信号的同步、实时、无缝捕获与合成技术是反映国家科学研究基础能力的重要共性技术。

提高采样率和处理速度是实现宽带复杂信号实时捕获与合成的核心。但器件水平的提升无法应对信号带宽、波形任意化程度的急剧上升；多路信号之间最高皮秒量级的精密同步要求，已接近系统时钟抖动，传统技术手段无能为力。这些突出矛盾使得该技术成为测试领域公认的国际难题。

项目针对高采样率、高捕获率、高精度同步等技术难题，通过方法创新突破器件瓶颈，利用国产核心器件实现相关测试设备的研制，打破了国外垄断和封锁。主要发明创新如下：

1、提出非均匀校正的大规模并行采样方法。针对规模化ADC组时间交替采集可能引入的非均匀采样问题，提出了大规模并行（20路）下非均匀性失真的表征与自适应信号重建方法，突破了单个采样器件的性能瓶颈，实现了数十倍于单个器件性能的采样率，利用国产器件使实时采样率达到20GHz，突破了国外的禁运和封锁。

2、提出基于信息熵的无缝测量方法。对宽带信号长时间无缝测量是确保获取信号随机、偶发特征的基础，但在高采样率下的长时间无缝测量，会带来有限存储容量与极度膨胀的信息量的矛盾，传统方法是难以克服的。本项目发明了基于信息熵的无缝测量方法，解决了该难题，实现了最高每秒200万幅的波形捕获率，高出当前国际最高指标一倍，居于国际领先水平。

3、提出内嵌式相位校准和主动补偿方法，发明多通道精密信号同步技术，突破了布局布线和时钟抖动的制约，实现了100皮秒内的同步精度（目前仅美国安捷伦公司达到相同指标）。解决了多目标信号合成的核心难题，在飞机防撞测试应用中，模拟出多达154个不同方位、高度和距离的飞行目标信号，达到目前国外唯一商用机载防撞系统（TCAS）测试设备美国Aeroflex公司IRIS2000水平。

作为第一负责单位编制GB/T15289等3项国家标准和2项军用标准；申请发明专利68项（美国专利1项），授权41项，获转让费858万元；登记软件著作权3项；在IEEE等刊物发表SCI/EI论文65篇；获省部级一等奖3项。

研制出高性能示波器、任意波形发生器等仪器，经全球知名仪器仪表制造商优利德量产，新增产值6.44亿元，产品约30%远销美、德、巴西等国，使我国从该类仪器的完全进口国跃居为重要出口国，推动了仪器行业的技术进步。

成果应用于爆轰试验中，解决了飞片轨迹等瞬态信息的获取问题；实现了深空探测波形的捕获，大幅提高了探测目标精度；在国产大飞机、大型运输机和新型战机中，有效解决了其重大机载装备的研制和保障难题。成果改变了我国宽带复杂信号实时捕获与合成技术长期受制于人的局面，为尖端科学研究和国家重大工程提供了有力支撑。