作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2022/3/21 16:47:52
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“救命”的雷达:技术转化从“大”到“微”

 

 梁步阁在微波暗室测量天线方向图。受访者供图

“从理念到产品,我知道会很复杂,但没想到这么难。”不久前,凭借在雷达生命探测领域的科研和成果转化贡献,中南大学航空航天学院教授梁步阁获得了第二十四届中国科协求是杰出青年成果转化奖。

梁步阁的微信名叫“老白干”,这是他输入姓名首字母后出现的第一个词。他觉得,“老是白干活”这层意思正好与他反复攻关、屡试屡败、屡败屡试的科研和转化之路暗自契合。

不过,在梁步阁看来,“成果能否带来经济价值是次要的,只要能够挽救生命,自己的坚持就有意义”。他还为转化自己成果的企业取名“正申”,就是希望其伸张正义、走正道。

 

从大功率到微功率

常规的雷达装备探测空中高速目标,追求的是更高、更远;救援场景下的雷达生命探测仪,是对废墟介质环境下的人体目标进行探测,属于复杂介质环境下的近、小、慢目标探测问题,技术要求与前者截然不同,这也是雷达领域的世界难题。

2007年,从国防科技大学博士毕业的梁步阁已掌握大型超宽带雷达的核心理论与工程技术。多年研究经验让他意识到,超宽带雷达频段宽、频率低,在穿透性、分辨力、近程探测、抗干扰等方面均具备独特优势,如果再把功率降下来,变成微功率超宽带雷达,就有可能应用于生命探测领域。

“我潜意识里感觉到可以把超宽带雷达的体积、功耗、成本降下来,用于复杂建筑物介质环境中的生命探测。”凭着科学兴趣和理论基础,在空军工程大学继续博士后研究的梁步阁,从此走上了微功率超宽带雷达生命探测的研究之路。

不久,震动世界的“5·12”汶川地震发生了。新闻报道中满目疮痍的受灾景象给梁步阁留下了深刻印象。同时他也发现,国外的雷达生命探测仪已经应用于救灾现场,发挥了巨大作用,这让他更加坚定了自己内心的想法:研发国产超宽带雷达生命探测仪。

与大型超宽带雷达相比,生命探测仪必须满足手持的需求,体积大大缩小、功耗大大降低,而功能和零部件一个都不能少。更重要的是,应急救援场景中,雷达波需要穿透墙壁、瓦砾等介质,这与大型雷达通过单一空气介质的传播作用完全不同。

说干就干。2008年8月,梁步阁依托国防科技大学与湖南消防总队申报了原公安部消防局重点研发计划项目并成功获批。当时,国内雷达生命探测技术研究侧重于医学领域,缺少技术借鉴,梁步阁相当于从头开始。他带领团队设计、验证、改进、重新设计,一年后,两台样机终于研制成功。

“设备管不管用,当时心里并没有十足的把握。”梁步阁说,由于大家对刚刚诞生的国产设备信心不足,没人愿意用。就这样,样机闲置了近一年。

2010年4月14日,青海玉树发生7.1级地震,梁步阁想到他的设备或许可以为救灾出一份力,便立即安排人员将两台样机带到了救灾现场,首次应用便发现了3名被困人员。这次救灾也让名不见经传的国产雷达生命探测仪收获了信任。

救灾结束后,湖南消防总队便率先采购了12台该型设备。梁步阁认为,这次采购意味着国产雷达生命探测仪迈出重要一步。

 

从跟跑到领跑

2012年,为了深入推进微功率超宽带雷达在民用领域的成果转化,梁步阁选择“换个赛道再出发”。

一开始,梁步阁研发的设备采用了国际上最先进的高速等效采样技术体系,并在此基础上不断改进,让我国在雷达生命探测科技领域抢占了一席之地。之后,他在超宽带雷达目标探测理论、微动目标信号处理算法、收发硬件设计等方面取得一系列创新成果,其研制的雷达生命探测技术也从早期的单发单收,发展到单发多收、多发多收等创新体制。

“如何把知识产权转化为现实生产力,是我们一直在做的工作。如果说创造是形成知识产权的基石,那么应用就是实现知识产权价值的通道。”梁步阁团队研发的雷达生命探测仪在市场上真正站稳脚跟,是源于一次次与进口雷达的同台竞技。

2015年12月20日,深圳市光明新区发生山体滑坡事故。各级消防力量陆续带着38台进口雷达生命探测仪进入了灾害现场,仅有深圳市南山大队西丽中队携带了两台梁步阁团队研发的国产设备。

眼看72小时“黄金救援时间”即将过去,30多台进口雷达生命探测仪已对受灾区域进行了多次探测,均没有发现生命迹象,大型机械即将进场。就在这时,操作国产设备的消防员传来消息:“这个地方还有人!”

经此一役,梁步阁和他的国产设备彻底赢得了各方信任。此后多次救援都证明,“国外的月亮不再比中国圆”,大家一致认为国产设备更好用。

2016年,我国制定了雷达生命探测仪的行业标准,此前一直畅销中国市场的国外产品因相关参数不达标,未能通过审核。

如今,在我国雷达生命探测仪市场上,国产设备占有率超过90%。“以前进口设备垄断中国市场,一台动辄近百万元。现在国产设备卖三四十万元,性能停滞不前的进口设备卖二十万元,只能靠低价抢占市场。”梁步阁说,“但消防官兵们更喜欢用国产设备,因为比进口的好用。”

 

自我超越无止境

从无到有,从跟跑到领跑,我国在超宽带雷达生命探测领域终于走在了世界前列。

基于梁步阁团队技术研发的最新体制多发多收雷达生命探测设备,已经在多地示范应用推广,初步实现小批量生产。“我们最新的雷达生命探测仪,不仅能一维测距,还能测角,从而实现三维准确定位。”梁步阁表示,未来应急生命救援领域将会有更精准、高效的技术装备出现。

2020年,面对新冠肺炎疫情,他的团队又快速研制出我国首台可应用于疫情防控的心肺检测雷达,已在长沙黄花机场海关进行示范应用。

上述系列产品完全实现了技术自主可控。目前,国产雷达生命探测装备累计销售已超过2000台套。

梁步阁说,虽然目前国产设备已经领跑于全球同行,但要在抢险救灾等实际应用中达到百分百的可用可靠,还有非常漫长艰辛的路要走。于是,他将目标瞄准了设备智能化,“如果用手机打比方,现在的装备还远没有进入智能机时代,这个领域技术进步是无止境的”。

在湖南省委、省政府高度重视下,通过湖南省科协、科创中国湖南中心的支持推荐,梁步阁团队已启动知识产权转化和融资工作,进一步加快成果转化。“让躺在柜子里‘睡大觉’的专利,实现成果转化、学以致用。”梁步阁说。

 
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