擦亮对地观测“千里眼” 西电科大破解卫星成像变形难题

超高分辨率卫星示意图 受访单位供图

　　某地，一场自然灾害后，“巢湖一号”卫星悄然调整姿态，向设定区域投射出无形的雷达波束。很快，一组清晰的地表影像被成功回传，为抢险救灾提供至关重要的“云下之眼”。

　　7月21日，记者了解到，支撑这颗卫星稳定成像的核心技术之一，源自西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室孙光才教授团队提出的“星载SAR多域仿射尺度变换成像理论”。这一创新成果突破了传统星载合成孔径雷达（SAR）成像的理论桎梏，显著提升了我国对地观测能力。

　　星载领域“荒原拓路”  三代人接力耕耘

　　合成孔径雷达（SAR），被誉为能穿透云雨、无视昼夜的“天眼”。然而，当人类对卫星观测提出更高要求——追求更高的分辨率，或是将卫星部署到数万公里高的轨道实现超大幅宽观测时，传统的成像理论便捉襟见肘。

　　“传统的星载SAR成像，就好比用一套固定参数的眼镜看世界。当卫星轨道显著弯曲、地表呈现明显的球面曲率，或者雷达信号带宽极大时，这套‘眼镜’就失效了。”孙光才说，失效的后果是图像出现模糊、扭曲、重影，边缘区域尤其严重，如同近视散光者眼中的世界。

　　据悉，此项研究的“火种”，早在三十年前由保铮院士点燃，20世纪90年代，西电科大开辟了SAR研究方向。彼时，国内星载领域仍属空白，2000年邢孟道创建SAR团队，其“荒原拓路”的精神，为孙光才埋下研究的“火种”。2007年，孙光才师从邢孟道攻读博士。在一次关于相对论的研讨中，孙光才突发奇想：“电磁波与卫星运动的时空耦合，是否正是突破‘一步一停’模型和窄带信号假设的关键？”这个大胆的设想，最终成为国家自然科学基金重大项目的核心课题。

　　给卫星装上“高清矫正镜”

　　“破壁”的征程始于最基础的理论重构。团队直面轨道弯曲的复杂几何现实，“一砖一瓦”地构建起能够精确刻画高轨卫星复杂运动与地球真实形态的三维模型，为超大幅宽成像奠定了坚实的几何基础，解开了导致图像畸变的第一重“枷锁”。

　　更大的挑战在于信号的“心跳”。孙光才团队深入剖析了卫星连续高速飞行与大带宽信号传播之间精密的时空耦合关系，精准刻画了由此产生的强非线性信号调制特性，为卫星的“听觉”系统绘制了最精密的声谱图，找到了打开超高分辨率成像奥秘的“第二把钥匙”。

　　模型精确了，调制特性清晰了，最终需要强大的“大脑”来处理这一切。团队创新性地提出“多域仿射尺度变换”核心理论并发明了全新的成像处理方法。这套方法如同“高清矫正镜”，能够将因复杂运动和地形导致的“散焦”信号，在整个观测场景内被统一、精确地“聚焦”还原，使图像的边缘与中心同样清晰锐利，彻底解决了困扰已久的“近视散光”难题。这套理论体系，被同行专家评价为“显著提升了我国星载SAR成像处理能力，为高分辨率对地观测系统建设提供了核心关键技术支撑”。

　　为抢险救灾提供信息支撑

　　2020年年底，一项紧急任务压向团队——某关键型号卫星即将发射，团队提出的新理论正好可以在其上得到验证。接下来的日子，如同在黑暗中摸索。

　　最初两周，调试进展极其缓慢。传统方法完全失效，新方法的参数调整如同大海捞针。时间一天天过去，屏幕上依然只有雪花般的噪点。在巨大的压力下，多家团队陆续选择放弃。孙光才和跟随他的博士生以及合作单位的少数坚守者，抓住每天允许调试的短暂窗口，争分夺秒地进行分析、推演。经过无数次失败和微调，屏幕上终于跳出了期待已久的图像轮廓。随着参数进一步得到优化，影像也越来越清晰。这标志着团队的理论和技术经受住了最严苛的在轨验证，达到了国际公开报道的SAR卫星最高分辨率水平。

　　孙光才团队的研究成果，迅速被应用于自然灾害抢险救灾。在多次自然灾害抢险救灾中，搭载了孙光才团队核心成像处理技术的“巢湖一号”和“海丝一号”SAR卫星在短时间内成功获取了高质量的自然灾害区域雷达影像。这些宝贵的影像为研判灾情、评估次生灾害风险和指导救援提供了关键的信息支撑。

　　据悉，目前，孙光才团队的核心成像处理技术已成功应用于多个国产星载SAR系统，持续服务于国土资源调查、环境监测、海洋观测等多个领域。                           记者任娜 通讯员王冠玉

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