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量子雷达:开启反隐身作战新战场

2018-09-20 17:38 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:瑷敏工作室

  策划:白璐

  监制:光明网科普事业部

  自1934年美国海军研究实验室开发出首部脉冲雷达以来,已进入耄耋之年的传统雷达技术在各类隐身“新秀”面前显得愈发力不从心。量子雷达是基于量子力学基本原理,主要依靠收发量子信号并采用量子纠缠态实现目标探测的一种新型雷达体制。作为一种颠覆性技术手段,量子雷达能轻易突破传统雷达的性能极限,具有探测距离远、可识别和分辨隐身平台及武器系统等突出特点,未来可进一步应用于导弹防御和空间探测,具有极其广阔的应用前景。

量子雷达:开启反隐身作战新战场

量子雷达

  传统雷达渐入“迷茫期”

  魔高一尺道高一丈。隐身与反隐身的战场较量好像从未停歇。随着隐身技术和电子干扰技术的迅速发展,具有较高隐身能力的隐形飞机逐渐“飞入寻常百姓家”。传统雷达主要通过发射强大电磁脉冲,利用电磁波在金属目标上会产生回波原理,使用高灵敏度的接收机对电磁脉冲回波进行接收。现有的隐形飞机恰恰利用了雷达的“软肋”,主要通过波束控制手段和采用隐身涂料来降低雷达对飞机的探测能力。

  针对传统雷达存在的技术难点,量子信息技术恰好可以与雷达“强强联合”产生“优势互补”,可重点解决传统雷达在探测、测量和成像等方面的技术瓶颈,有望为雷达带来反隐身作战的“第二春”。从本质上来说,量子雷达固然是“弄潮儿”,但也并没有“跳出”经典雷达探测的框架体系,只是利用了更为先进的量子理论进行系统分析,对雷达中诸如接收机噪声等概念和物理现象进行了全新的、更准确的理解。

  有关量子雷达的研究,最早可追溯到从上个世纪60年代,人们对于量子信号与量子检测在雷达系统中的理论分析。自2000年开始,量子雷达系统的研究开始逐步系统化,并主要围绕量子纠缠与干涉、量子照明和量子相干态接收三个方面展开。在量子相干态增强雷达方面,美国国防部高级研究计划局于2007年启动了“量子传感器项目”,旨在进一步提升量子雷达的成像分辨率。

  战场“火眼金睛”如何打造

  量子雷达是一种利用量子现象进行目标状态感知和信息获取的特殊传感设备。量子雷达可探测、识别和分辨射频隐身平台及武器系统,具有广泛的应用前景,甚至被公认为是未来最有效的反隐形手段之一。因此,以美国为首的西方国家为积极抢占军事科技制高点,相继投入大量人力物力开展量子雷达技术研究。

  目前,量子雷达技术仍处于研究和探索阶段。美国国防部高级研究计划局先后提出了开展量子雷达研究的“量子传感器计划”(QSP)和“量子辅助传感和读出”(QuASAR)项目,对量子雷达的增强技术进行了有效探索。此外,美国麻省理工、NASA、海军实验室、空军实验室等机构都相继开展了量子雷达的研究工作,俄罗斯也不甘落后,正在研发可探测各种隐身技术战机的量子雷达系统。

  如果我们用“手术刀”为量子雷达来次“解剖”,它的系统架构主要就是量子发射机和量子接收机。量子发射机可产生信息物理载体的电磁波,对电磁波进行偏振态、纠缠态、压缩态等量子态的调制,最终确保量子信号的分束与整形。量子接收机包括前端接收系统和量子信号检测模块。前端接收系统就是量子雷达的“千里眼”,可完成量子信号的接收、滤波和放大,量子信号检测就是量子雷达的作战“大脑”,回波量子是什么状态、探测目的有哪些特征,都靠着信号检测系统为我们一探究竟。

  颠覆未来反隐身作战

  事实上,即使是最先进的隐形战斗机,也不可能在雷达面前消失的无影无踪。传统雷达采用低频段探测、增大功率口径和驻留时间等方式,以提升针对隐身目标的检测能力。相比于传统雷达,量子雷达可以利用量子纠缠提高探测灵敏度,对复杂环境下小目标具有更好地探测能力,可在高背景噪声中识别出远距离微小信号。即使隐形战机企图拦截量子雷达信号并发送虚假信号进行伪装,量子雷达也可轻易发现欺骗过程和敌方的干扰行动,并对目标飞机行踪做出准确判断,是当之无愧的战场“火眼金睛”。

量子雷达:开启反隐身作战新战场

量子雷达

  量子雷达的出现,可最大限度避免战机逃避有效侦察和跟踪。采用量子纠缠态探测目标的量子雷达,可使雷达回波信噪比得到显著改善,进一步全面提升雷达的探测性能。引入了量子计量技术的干涉型量子雷达,可依靠高度纠缠的量子态对目标参数进行测量,灵敏度极高,可充分提升雷达测距、测角和成像分辨率。

  鉴于量子雷达强大的反隐身和抗干扰能力,目前美国海军和陆军都进行了大量的量子雷达研究工作。据估算,仅装备了单光子量子雷达制导的超远程空空导弹的作战飞机,攻击距离就可以提升至几千公里之外,实现超视距作战向千公里量级的非接触式战争转变。同时,由于对电磁波的依赖大为减少,量子雷达可有效避开利用探测电磁波开展工作的反辐射导弹攻击,将进一步改变现有导弹的作战机理和作战模式,促使战场作战形态向“量子化”转变,成为未来反隐身作战的“颠覆者”。(以上图片来源于网络)

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[责任编辑:赵清建]

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