技术：从无到有    产业：由弱变强

“国产化”背后的“中国梦”

“成电智造”引领我国电子仪器领域深刻变革

（http://www.new1.uestc.edu.cn/news/index/id/1557）

   核心提示：打破国外技术垄断，彻底改变了我国在测试计量仪器领域长期受制于人的局面，使我国从纯粹进口国一跃成为世界第三大高性能测试仪器出口国。我校测试技术与仪器研究团队成功研制的“宽带复杂信号的实时捕获与合成技术”，不仅实现了几代成电人“追求一流、追求卓越“的“创新梦”，也实现了我国追求自主知识产权的“国产梦”！

   2014年1月10日，当自动化工程学院院长田书林教授和叶芃教授代表团队赴北京领取2013年国家技术发明二等奖的时候，他们的“宽带复杂信号实时捕获与合成技术”成果也已经如石击浪，在我国科技界和产业界引起了热烈的反响。

　　从2007年开始试产、2008年实现批量生产，到今天的年产（销）3~4万（套），“宽带复杂信号实时捕获与合成技术”系列应用成果已经通过校企合作成功实现了产业化，不仅成功走进了现代雷达、军民通信、航空电子、深空探测、模拟核爆等众多涉及复杂信号的领域，为我国尖端科学研究和国家重大工程提供了有力支撑，也托起了“民族品牌”，带领长期艰难前行的我国高端仪器产业焕然新生、扬眉吐气，乃至闪亮登上世界舞台。

   “国产梦”：几代学人铭刻心底

　　测试仪器仪表在国民经济、国防建设和科技发展中都占有特殊的地位，多路、宽带、复杂信号的同步、实时、无缝捕获与合成技术更是反映国家科学研究基础能力的重要共性技术。

　　随着电子系统使用的频率越来越高以及电子信号复杂程度的急剧上升，电子测试及仪器技术面临着全新挑战，尤其是宽带复杂信号的实时捕获与合成问题为现代科学研究和国家重大工程带来巨大困扰。

　　例如，要评估大型爆轰试验的效果，就必须对预定球面空间中的100多路持续时间极短、带宽数GHz的瞬态信号进行精密的、同步的测量分析；在雷达等电子系统中，要对偶发干扰进行长时间的无缝测量并以此为基础分析和排除故障离不开这项技术，就连看起来最“普通”不过的飞机防撞系统（TCAS）都需要它的支撑。

　　然而，我国长期以来在该领域技术落后、产业单薄，一直受制于人。在田书林教授团队突破该项技术之前，全世界只有两个国家掌握了复杂信号的实时捕获与合成技术，更确切地说，美国的安捷伦公司、泰克公司以及德国的罗德与施瓦茨公司等三“巨头”几乎垄断了该项技术的全球市场。

　　上世纪八十年代，这三家公司纷纷进军中国市场，虽然将其世界领先的技术和部分产品“引入”中国，但这种“引入”并没有发挥太多的“造血”功能、增加中国相关技术的“自生”能力，反而是随着中国各个领域对该项技术的巨大需求而为跨国公司支付了巨额垄断利润。据统计，电子仪器产业全球产值目前已超过千亿美元，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%。

　　“国产化”之殇刺痛着国家的神经也激励着成电人的斗志。从“八五”时期开始，自动化学院陈光踽教授、陈长龄教授、古天祥教授等老一辈成电人，就带领“测试技术与仪器研究所”开启了“国产化”的梦想。此后，在王厚军教授、黄建国教授以及田书林教授等几代学人的共同努力下，自动化学院在测试仪器仪表领域一干就是二十多年，为破解“国产化”难题打下了坚实基础。

　　2007年，在田书林、王厚军、叶芃、刘科、曾浩、王志刚等几十位团队成员的共同努力下，“宽带复杂信号实时捕获与合成技术”终于在技术层面取得全面突破，实现了从“理论”到“技术”的飞跃，完全拥有了自主知识产权，打破了国外公司的技术垄断和封锁。

　　据悉，团队作为第一负责单位编制了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2项），占我国该行当专利数的70-80%，其中授权41项（美国专利1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。

　　在之后的一年半时间里，系列成果又顺利跨越从“技术”到“产品”的距离，通过优利德集团有限公司（UNI-T）走向产业化和市场化，从此结束了跨国“巨头”一统天下的产业格局。产品近三年来销售8万多台，产值达6.4亿元，产品近30%出口欧美等发达国家，也广泛应用到中科院上海技物所、中国工程物理研究院等国内研究单位，满足了我国深空探测等领域的科研急需。

   高水准：多项指标处于国际领先

　　毫无疑问，高端仪器仪表的技术和产业格局正在发生巨变。20世纪四十年代中国科学家首次用上罗德与施瓦茨公司的仪表时那份如获至宝的欣喜和技不如人的复杂心情依然犹在昨日；20世纪八十年代，中国开放国门，跨国公司纷纷登陆，几乎垄断了整个高端仪器仪表市场，学界和产业界的那份焦灼依然伸手可触。然而，又过二十年，“中国智造”的高性能示波器、任意波形发生器等“宽带复杂信号实时捕获与合成技术”系列产品竟然远销英、法、巴西等国，甚至返销美国和德国。

　　欧美市场为何乐意为中国的高端仪器仪表“投票”呢？原来，“中国智造”已经比“美国智造”和“德国智造”更具比较优势，不仅价格相对便宜，而且性能和技术指标相当优良，在宽带信号的无缝测量等部分技术上达到了国际领先水平，部分技术指标甚至高于当前同类最高产品。

　　要实现宽带复杂信号实时捕获与合成技术，其核心就是提高采样率和处理速度。但依靠器件性能的提升已根本无法应对信号带宽、波形任意化程度急剧上升的要求，因为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，以至于传统技术手段无能为力。这也是除了美国和德国之外的许多发达国家在该技术领域扼腕叹息的主要原因。

　　“这就逼迫我们必须独辟蹊径，不走传统的研发思路！”田书林教授介绍说。经过团队的深入研究，针对高采样率、高捕获率、高精度同步等技术难题，成电人终于给出了巧妙的答案，采取三大“绝招”，用方法创新突破了器件瓶颈，仅利用国产核心器件就成功实现了相关测试设备的研制和功能要求。

　　首先，采取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20GSPS，突破了国外的禁运和封锁。

　　其次，使用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。因此团队发明了基于信息熵的无缝测量方法，解决了这个难题，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。

　　再次，采用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的水平。

   市场化：可持续发展的战略选择

　　实际上，团队在项目最初确定该项技术的性能指标时，并没有刻意瞄准国际领先的水平，而是充分考虑了我国相关产业的发育水平和实际市场需求，首先瞄准了通用消费市场。之所以如此，是因为团队从一开始就抱着改变技术空白和产业落后的双重目的。

　　在他们看来，产业的壮大才是技术成熟的标志。技术发明的目的最终也要落脚于社会服务和产业升级，为经济社会发展提供新的动力源泉。如果束之高阁或孤芳自赏，那么，再好的技术都无异于“屠龙术”，聊胜于无。况且，要改变长期受制于人的局面，就不仅要在技术指标上形成优势，也要在价格或成本上形成竞争力。这就要求团队不能闭门造车、自娱自乐，而是必须坚持把科研的重点放在产业发展前沿，以企业为主导深化产学研结合，下大力气攻克核心技术和关键技术，争取在高技术产品研发和市场开拓上取得重大突破。

　　然而，要对接企业和市场，就得遵循市场的逻辑和规律。高端仪器仪表制造投资巨大，如果没有十足的把握，任何一家企业都不敢贸然涉足。与团队合作的优利德集团有限公司当然无法例外。它始创于1988年，多年来一直致力于打造“世界级的中国仪器仪表民族品牌”，其“万用表”等中低端技术产品已经获得了广阔的国内市场，销量十分可观。但从“万用表”一步跨入技术含量很高的测量仪器仪表，需要承担的市场风险不可估量：如果技术水准太高，远远超过了市场需求，或者水准太低，无法满足市场需求，都将导致企业投资无法收回并进而导致公司无法为团队提供持续的研发支持。

　　因此，团队在与优利德的合作中，最终将产品定位在了中高端技术产品，即从市场需求最大的200 MHz带宽以下的低端系列产品做起，站稳市场脚跟后再向500 MHz 带宽以上的中高端产品进发。

　　2006年，自动化学院与优利德签署战略合作协议，2007年优利德就在清水河校区附近投入两条生产线，开始试产首批100台（套）产品。后经不断优化设计，团队终于用低性能器件大规模并行的方法实现了更高的系统性能，不仅确保了产品的功能，而且极大地降低了成本，使产品的性价比具有更大的优势，从而助推产品在国内市场首先得到广泛使用，并逐步迈出了我国民族测试仪表工业走向世界的重要一步。

　　“在成本不变的情况下保证功能，就必须优化设计，提高资源的使用效率，把有限的资源用到极致。”叶芃说，对于销售量很大的通用产品来说，每省1块钱都是对公司的巨大支持，“我们最后和企业一起抠成本，能降低一元就要争取降一元，能降低一角就要争取降一角，使系统的资源利用效率提高到了95%以上”。

　　“中国智造”的闪亮登场，打破了原有的“巨头”垄断格局，在国际市场上引起了强烈“地震”和连锁反应。在垄断格局下，外国公司生产的一台1GSP采样速率、100MHz带宽的示波器售价高达4000-5000美元，而“中国智造”的售价仅4000多元人民币。由于我国产品的竞争，国外公司也不得不降价销售；国外消费者也纷纷“倒戈”，选择使用“中国智造”的产品。

　　“促进科技创新与经济社会发展深度融合，使科技创新的成果更多转化为现实生产力，这是国家和社会发展的要求，也是我们的职责和使命！”田书林说，电子仪器技术是一项复杂的系统技术，涉及到材料、器件、工艺、系统设计等方方面面。尽管我们在部分技术上做到了国际领先，但就整体能力和水平而言依然存在一定的差距。因此，在这份荣誉面前，“我们团队没有丝毫的自满和懈怠，而是深知任重道远，只争朝夕、义无反顾地继续走下去，争取使我国在该技术领域能够站得更高、走得更远。”