儀表網(wǎng)訊 “寬帶復雜信號的實時捕獲與合成技術”榮獲2013年國家技術發(fā)明二等獎。該項目針對信號實時捕獲與合成技術中的高采樣率、高捕獲率、高精度同步等技術難題，發(fā)明了非均勻校正的大規(guī)模并行采樣技術、基于信息熵的無縫測量方法、精密時鐘分配以及內(nèi)嵌相位校準技術，成功研制了一系列達到先進水平的高性能測試儀器，打破了國外壟斷和封鎖，改變了我國寬帶復雜信號實時捕獲與合成技術長期受制于人的局面。
打破技術壟斷多項指標
記者：田教授您好，恭喜您的團隊獲得國家技術發(fā)明二等獎。請問“寬帶復雜信號實時捕獲與合成技術”面對的是什么樣的技術需求？
田書林：寬帶復雜信號的實時捕獲與合成技術是推動電子儀器領域深刻變革的技術。隨著電子系統(tǒng)頻率越來越高以及電子信號復雜度的急劇上升，對電子測試及儀器技術提出了新的挑戰(zhàn)，而寬帶復雜信號的實時捕獲與合成技術就是其中的核心。
現(xiàn)代科學研究和國家重大工程對寬帶復雜信號的捕獲與合成技術的需求十分迫切。例如，要評估大型爆轟試驗的效果，就須對預定球面空間中的100多路持續(xù)時間極短、帶寬數(shù)GHz的瞬態(tài)信號進行精密的、同步的測量分析；在雷達等電子系統(tǒng)中，要對偶發(fā)干擾進行長時間的無縫測量并以此為基礎分析和排除故障，也需要借助這種技術。
因此，多路、寬帶、復雜信號的同步、實時、無縫捕獲與合成技術是反映國家科學研究基礎能力的重要共性技術。然而，由于目前上只有美國等少數(shù)國家掌握這種技術并實行技術壟斷和封鎖，以致我國在該項技術上長期受制于人，對相關科學研究和國家重大工程形成極大的制約。
據(jù)統(tǒng)計，電子儀器產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值超過千億美元，其中基于復雜信號捕獲與合成技術的示波器、信號發(fā)生器等時域儀器占比超過50%，這表明了該技術在整個電子儀器領域的重要和基礎性地位。今天，我們在該項技術上取得的突破性進展，對提高我國電子測試技術的整體水平，推動電子儀器行業(yè)的技術進步，具有十分重要的意義。
記者：既然目前只有美國等少數(shù)國家掌握這項技術，想必其難度是極大的。那么，您的團隊又是如何攻克這個難題的呢？
田書林：的確，該技術一直是測試領域公認的難題。這是因為，實現(xiàn)寬帶復雜信號實時捕獲與合成技術，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法應對信號帶寬、波形任意化程度的急劇上升；多路信號之間高皮秒量級的精密同步要求已接近系統(tǒng)時鐘抖動，以至于傳統(tǒng)技術手段無能為力。
針對高采樣率、高捕獲率、高精度同步等技術難題，我們通過方法創(chuàng)新突破了器件的瓶頸，利用國產(chǎn)核心器件成功實現(xiàn)了相關測試設備的研制，從而打破了國外壟斷和封鎖。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。針對規(guī)模化ADC組時間交替采集可能引入的非均勻采樣問題，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信號重建方法，突破了單個采樣器件的性能瓶頸，實現(xiàn)了數(shù)十倍于單個器件性能的采樣率，利用國產(chǎn)器件使實時采樣率達到20GHz，突破了國外的禁運和封鎖。
第二，提出了基于信息熵的無縫測量方法。對寬帶信號長時間無縫測量是確保獲取信號隨機、偶發(fā)特征的基礎，但在高采樣率下的長時間無縫測量，會帶來有限存儲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縫測量方法，解決了這個難題，實現(xiàn)了高每秒200萬幅的波形捕獲率，高出當前高指標一倍，居于水平。
第三，提出內(nèi)嵌式相位校準和主動補償方法，發(fā)明多通道精密信號同步技術，突破了布局布線和時鐘抖動的制約，實現(xiàn)了100皮秒內(nèi)的同步精度（目前僅美國安捷倫公司達到相同指標），解決了多目標信號合成的核心難題，在飛機防撞測試應用中，模擬出多達154個不同方位、高度和距離的飛行目標信號，達到目前國外商用機載防撞系統(tǒng)（TCAS）測試設備美國Aeroflex公司IRIS2000水平。
實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應用閃亮登上世界舞臺
記者：這項技術是否已在我國實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并得到廣泛應用呢？
田書林：已經(jīng)應用好幾年了。我們在這項技術上取得了一系列應用成果，這些成果是在項目過程中不同時間段陸續(xù)形成的，部分成果已經(jīng)通過校企合作實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化和應用。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%遠銷美國、德國、巴西等國家，使我國從該類儀器的完全進口國躍居為重要出口國。
在國內(nèi)，成果被成功應用于現(xiàn)代雷達、軍民通信、航空電子、深空探測、模擬核爆等眾多涉及復雜信號的領域，為科學研究和國家重大工程提供了有力支撐。例如，在爆轟試驗中，它解決了飛片軌跡等瞬態(tài)信息的獲取問題；在深空探測中，它實現(xiàn)了深空波形的捕獲，大幅提高了探測目標精度；在國產(chǎn)大飛機、大型運輸機和新型戰(zhàn)機中，它有效解決了重大機載裝備的研制和保障難題。
同時，在項目研究過程中，我們還作為負責單位制定了GB/T15289等3項電子儀器國家標準和2項軍用標準；申請發(fā)明68項（美國1項），授權41項，獲轉讓費858萬元；登記軟件著作權3項；在IEEE等刊物發(fā)表SCI/EI論文65篇；獲省部級一等獎3項。
記者：這項技術在部分指標上已經(jīng)超過美國，是否意味著我國的該類電子儀器在功能和價格上都具有了比較優(yōu)勢？
田書林：我們在寬帶信號的無縫測量等部分技術上達到了水平，產(chǎn)品部分技術指標高于當前同類高產(chǎn)品。而且，由于我們通過技術創(chuàng)新，利用低性能器件大規(guī)模并行實現(xiàn)更高的系統(tǒng)性能，產(chǎn)品在性價比方面與國外相比具有較大的優(yōu)勢。
但電子儀器技術屬于一項復雜的系統(tǒng)技術，涉及到材料、器件、工藝、系統(tǒng)設計等方方面面。盡管我們在部分技術上做到了，但就整體能力和水平而言依然存在一定的差距。因此，在這份榮譽面前，我們真的不能有絲毫的自滿和懈怠。一方面，技術發(fā)展到這個水平，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，而且更加依賴原始創(chuàng)新；另一方面，我們面臨著一個激烈競爭的環(huán)境，猶如逆水行舟，不進則退，國外也不會原地踏步等我們來追趕，他們已經(jīng)在研究更先進的技術、更高指標的系統(tǒng)，趕超的任務十分艱巨。但即便如此，我們也會義無反顧地繼續(xù)走下去，努力提升創(chuàng)新能力，爭取使我們在該技術領域能夠站得更高、走得更遠。
加強基礎研究繼續(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？您對本年度的國家科學技術獎有什么整體印象，我國的創(chuàng)新能力是否有所提升？
田書林：今年的科學技術獎獲獎項目表明，我國在基礎研究、農(nóng)業(yè)科技、重大科學工程和基礎設施建設、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、國防與國家安全領域以及醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護、能源資源與安全等群眾普遍關注的領域都取得了巨大突破，讓人十分振奮。
尤其值得一提的是，國家自然科技獎一等獎在連續(xù)三年空缺之后，終于在今年被中國科學院院士趙忠賢等人完成的“40K以上鐵基高溫超導體的發(fā)現(xiàn)及若干基本物理性質(zhì)研究”摘取。自然科學獎被視為基礎研究水平的象征，自然科學一等獎的誕生也標志著我國基礎研究水平的提升。
實際上，近年來國家自然科學獎獲獎項目在數(shù)量和比例結構上，每年都有大幅增長。2009年有28項，2010年是30項、2011年是36項，今年的數(shù)量則增加到41項。從獎項的結構看，國家自然科學獎、技術發(fā)明獎和科技進步獎等三大獎項的比例從2011年的10%、15%、75%調(diào)整為今年的15%、25%、60%，結構趨于合理。這一結構變化表明，基礎研究和原始創(chuàng)新越來越受到重視和加強。
就國家科技進步獎看，一方面進步獎的總數(shù)和比重逐年減少，另一方面獲獎完成單位中企業(yè)占比顯著提高。這一變化表明，隨著我國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化，高校與企業(yè)在科學技術領域各自的關注重點也逐步與接軌，更趨合理。因此，作為一所研究型大學，我們應該更加專注于基礎研究和前沿技術，努力提高原始創(chuàng)新能力。
記者：既然基礎研究和技術創(chuàng)新對我們?nèi)绱酥匾垎枏膶W校、學院或團隊層面，您認為應該怎么做？
田書林：強化基礎研究已經(jīng)成為理工科學校的共識，現(xiàn)在的問題就在于如何做。我們學校是一個在電子信息領域具有傳統(tǒng)優(yōu)勢的高校，但學科單一極大制約了我們在基礎研究上的表現(xiàn)。要突破這一困局，必須從“根”上從手，大力和大跨度拓展學科，實現(xiàn)從“電子行業(yè)”到“行業(yè)電子”的轉變，做到“根深、枝繁、葉茂”。近年來，學校在學科拓展方面的諸多舉措，可謂是對癥下藥，對我們的基礎研究和學科水平的提升意義重大。
自動化工程學院的儀器科學與技術、控制科學與工程兩個學科，都具有應用性極強、與背景學科關聯(lián)性高、學科滲透性強的特點。為了進一步強化特色、鞏固優(yōu)勢，首先我們要繼續(xù)狠抓大團隊建設。建設大團隊對于承擔重大工程項目和解決重大技術難題，其重要性不言而喻。同時，從應用需求中發(fā)現(xiàn)本領域的科學問題和重大技術難題，從而持續(xù)投入經(jīng)費和力量展開研究，大團隊具有突出的優(yōu)勢。因此，大團隊建設也是加強基礎研究的一種極為有效的途徑。
我們團隊以“電子科技大學測試技術與儀器研究所”為主體，從“八五”開始在陳光踽教授帶領下起步，在王厚軍、黃建國教授等的共同努力下發(fā)展壯大，經(jīng)過二十多年的建設，形成了擁有專任教師和研究人員近40人、年研究經(jīng)費近3000萬的集體。“堅持、創(chuàng)新、協(xié)作、包容”是團隊發(fā)展的秘訣。盡管我們團隊取得了一些成績，但基礎研究相對薄弱也是制約我們發(fā)展的一個瓶頸問題。為此，我們近幾年已著手逐步調(diào)整研究布局，堅持基礎和應用兩手抓，著力提高創(chuàng)新能力和學術水平。
為了加強基礎研究，進一步提高創(chuàng)新能力，無論是學院還是我們團隊，下一步都要大力推進學科交叉，充分發(fā)揮我們學科適應面寬、滲透性強的優(yōu)勢，在交叉應用中尋求新的學術增長點；此外，還要堅持不懈地推進海外人才引進工作，彌補我們在前沿研究方面的不足。我相信，通過不斷努力，我們的基礎研究和創(chuàng)新能力一定會逐步提升，為建設創(chuàng)新型國家做出更多貢獻。
【田書林簡介】
現(xiàn)任電子科技大學自動化工程學院院長、電子測試技術與儀器教育部工程研究中心主任、國家電子測量儀器標準化技術委員會委員。長期從事測控技術與儀器領域的教學與研究，在寬帶實時信號獲取與處理、高速波形合成、電子系統(tǒng)綜合測試診斷與預測、電子系統(tǒng)可測性設計、網(wǎng)絡/通信測試等研究方向上，先后主持和承擔國家自然科學基金重點、國防基礎科研、博士點基金等國家和部委研究課題20多項。2005年獲“第八屆四川省青年科技獎”，2006年入選“教育部新世紀人才支持計劃”；獲省部級科技進步獎11項，其中一等獎3項；主持制定《GB/T15289數(shù)字存儲示波器通用規(guī)范》等電子儀器國家標準3項；在IEEETrans.、電子學報、儀器儀表學報等國內(nèi)外重要學術期刊發(fā)表論文50余篇，獲授權國家發(fā)明20余項，撰寫《現(xiàn)代測試技術》等國家規(guī)劃教材和專著3部。2013年，與團隊研發(fā)的“寬帶復雜信號的實時捕獲與合成技術”榮獲國家技術發(fā)明二等獎。
