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天恒科普 |量子雷达----美国:改变战争规则的武器!
发表时间:2019-01-31

现代战争中,最不可或缺的就是空中力量。

近几年来,所有国家都开始追求拥有五代机战斗力,以便在未来战争中求得一片生存之地。

目前看来,美国的F-35将是未来天空中出镜频率最高的一款五代机,目前接到的国内外订单已经超过2000架。

几乎所有的美国盟友都将其视为主要战斗力。


F-35战斗机

隐形战机的问世虽然一定让传统雷达遭受巨大压力,但是正所谓有有矛就有盾,目前世界各国都在研制能够探测到隐形战机的雷达,比如中国的JL3D-91B米波三坐标雷达,俄罗斯“天空-Y”米波雷达都可以探测到F-22、F-35这些第五代隐形战机,不过这种雷达比较都是从传统雷达改进过来的,探测原理与传统雷达有着大同小异,性能不稳定,有时候探测到的根本不是F-22隐形战机,而是其他物体,比如气象气球。但是下面介绍的这种雷达,无论探测常规战机还是隐形战机都有很好的效果,它就是量子雷达


量子雷达是将量子信息技术引入经典雷达探测领域,解决经典雷达在探测、测量和成像等方面的技术瓶颈,提升雷达的综合性能。

量子雷达属于一种新概念雷达,首要应用是实现目标有无的探测,在此基础上可以进一步扩展应用领域,包括量子成像雷达、量子测距雷达和量子导航雷达等,从本质上来说,量子雷达并没有脱离经典雷达探测的框架体系,只是在利用量子理论进行系统分析时,对雷达中一些概念和物理现象,如接收机噪声等,具有全新的、更准确的理解。在此基础上,量子雷达从信息调制载体和检测处理等方面入手,提升雷达的性能。总体而言,量子雷达是对经典雷达理论的更新和补充,而不是颠覆和取代。


   工作原理   

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量子雷达采用量子自我纠缠技术可以让一切隐形战机原形毕露,它的工作原理是这样的,量子雷达产生大量的电磁波量子纠缠对,然后将探测量子发射出去,如果探测量子遇到物体,物体就会形成一种虚拟的图像显示在屏幕上,比如如果是遇到F-22战机,就会把F-22战机的外形以量子成像的形式保留下来,如果是B-2隐形轰炸机,就会以B-2的外形图像显示出来,而隐形战机的雷达吸波材料和技术对于量子纠缠根本没有作用,因为如果隐形战机试图吸收或者破坏量子的电磁波的话,就会破坏原来的量子纠缠状态,这样的结果是不需要电磁反射波就可以知道目标的位置了。



量子雷达的分类

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根据利用量子现象和光子发射机制的不同,量子雷达主要可以分为以下3个类别:

一是量子雷达发射非纠缠的量子态电磁波。其探测过程为利用泵浦光子穿过(BBO)晶体,通过参量下转换产生大量纠缠光子对,各纠缠光子对之间的偏振态彼此正交,将纠缠的光子对分为探测光子和成像光子,成像光子保留在量子存储器中,探测光子由发射机发射经目标反射后,被量子雷达接收,根据探测光子和成像光子的纠缠关联,可提高雷达的探测性能。与不采用纠缠的量子雷达相比,采用纠缠的量子雷达分辨率,以二次方速率提高。

二是量子雷达发射纠缠的量子态电磁波。发射机将纠缠光子对中的信号光子发射出去,“备份”光子保留在接收机中,如果目标将信号光子反射回来,那么通过对信号光子和“备份”光子的纠缠测量,可以实现对目标的检测。

三是雷达发射经典态的电磁波。在接收机处使用量子增强检测技术以提升雷达系统的性能,目前,该技术在激光雷达技术中有着广泛的应用。中电14所实际上应用的是上述三种模式中的一种。


量子雷达的技术优势

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目前,经典雷达存在一些缺点:

  • 一是发射功率大(几十千瓦),电磁泄漏大;

  • 二是反隐身能力相对较差;

  • 三是成像能力相对较弱;

  • 四是信号处理复杂,实时性弱。

针对经典雷达存在的技术难点,量子信息技术均存在一定的技术优势,可以通过与经典雷达相结合,提升雷达的探测性能。


首先,量子信息技术中的信息载体为单个量子,信号的产生、调制和接收、检测的对象均为单个量子,因此整个接收系统具有极高的灵敏度,即量子接收系统的噪声基底极低,相比经典雷达的接收机,噪声基底能够降低若干个数量级。再忽略工作频段、杂波和动态范围等实现因素,则雷达作用距离可以大幅提升数倍甚至数十倍。从而大大提升雷达对于微弱目标,甚至隐身目标的探测能力。

其次,量子信息技术中的调制对象为量子态,相比较经典雷达的信息调制对象,量子态可以表征量子“涨落变化”等微观信息,具有比经典时、频、极化等更加高阶的信息,即调制信息维度更高。从信息论角度出发,通过对高维信息的操作,可以获取更多的性能。对于目标探测而言,通过高阶信息调制,可以在不影响积累得益的前提下,进一步压低噪声基底,从而提升噪声中微弱目标检测的能力;从信号分析角度出发,通过对信号进行量子高阶微观调制,使得传统信号分析方法难以准确提取征收信号中调制的信息,从而提升在电子对抗环境下的抗侦听能力。综合而言,通过量子信息技术的引入,通过量子化接收,原理上可以有效降低接收信号中的噪声基底功率;通过量子态调制,原理上可以增加信息处理的维度,一方面可以提升信噪比得益,另一方面可以降低发射信号被准确分析和复制的可能性,从而在目标探测和电子对抗领域具有广阔的应用潜力。



如今,在充斥着各类电磁波的现代战场上,隐身早已不局限在战斗机上,譬如美军的朱姆沃尔特驱逐舰、欧洲的PL-01隐身坦克等,都是对隐身技术的延伸探索。
然而这一切努力都将随着量子雷达的问世而变得毫无意义。真正的“全隐身”时代还未来临,就已经被中国的量子雷达拉下帷幕。

美国战略研究机构声称:量子雷达无疑是一款改变战争规则的武器,它的突然出现,已经强行扭转了现代武器的发展方向。而这次的主动权,掌握在中国人的手中。



(文章来源于网络)