鑽石舞台

摘要：數字可編程超表面具有在空域和時頻域動態調製電磁波的強大功能，而雷達通信一體化則是實現通用、智能化電磁終端的重要途經。兩者的結合將更進一步促進彼此的發展：一方面，可編程超表面將提高雷達通信一體化系統處理多維度信息的靈活性；另一方面，雷達通信一體化技術將提升可編程超表面的智能化程度。

關鍵詞：數字可編程超表面，雷達通信一體化，智能電磁感知，通用電磁終端

數字可編程超表面(Digital programmable metasurface, DPM)由大量亞波長可重構的單元組成。通過配置口面編碼，DPM可以動態調控電磁波的幅度、相位、極化和渦旋態等特性，這種特性使DPM在許多領域獲得了大量的研究和應用。儘管如此，當前DPM 的智能水平仍然有限，因為DPM無法同時進行內部決策和與外部世界交換信息。獲得這些能力的一個可行方法是將DPM與現代電子信息系統相結合。從技術上講，DPM直接由數字信號驅動，具有軟件化和信息化的特點，可完美與現代電子信息系統相結合。

作為現代電子信息系統的重要組成部分，無線通信系統和雷達通信系統已經獨立發展了多年。在5G/6G無線通信、智慧城市、智能協作等新型民用和軍用需求的推動下，雷達探測和無線通信呈現融合的趨勢。實際上，雷達通信一體化技術（Joint radar and communication, JRC）回歸了電磁波作為信息載體的本質，成為實現集成化、通用化、智能平台的重要途徑。目前雷達通信一體化系統主要在時域和頻域上進行信號處理，只有配備相控陣天線或MIMO天線的雷達通信一體化系統才能同時在空域處理信號，但是這些系統成本高昂、架構複雜，且信號處理複雜。

結合DPM對電磁波的多維度調控能力以及JRC對電磁信號的處理能力，東南大學崔鐵軍院士課題組提出了基於數字可編程超表面的雷達通信一體化機制。在這一機制中，信號的空域調製部分被解耦出來由DPM完成，簡化了系統架構並降低了信號處理複雜度和；同時，JRC賦予DPM感知、表達和認知的能力，使其能進行內部決策並與外界進行信息交互。通過這種融合機制，DPM可以充當JRC的「感覺器官」, 而JRC可以充當DPM的「大腦」，最終形成通用、智能化的電磁終端。在這項工作中，課題組給出三個實例來闡述DPM-based JRC：1）在DPM孔徑上直接實現無線通信信號的加密和解密；2） 在DPM孔徑上生成二相碼信號，並對多目標進行距離成像；3）利用DPM同時且獨立地實現雷達探測和無線通信。這些工作展示了DPM-based JRC在未來實現通用、泛在智能電磁終端的巨大潛力。相關論文發表在Advanced Intelligent Systems上。