徐丰:一心向“SAR”的科研人

本刊记者　宋　洁

徐丰:一心向“SAR”的科研人

本刊记者宋洁

徐丰

2016年8月10日，高分三号卫星成功发射升空，这是我国第一颗分辨率达到1米的C频段多极化合成孔径雷达（简称S A R）成像卫星，代表着我国星载SAR技术已到达国际先进水平。

SAR是一种主动式的微波对地观测系统，可安装在飞机、卫星、宇宙飞船等飞行平台上，它是名副其实的“千里眼”，可以全天时、全天候对地实施观测。中国是一个自然灾害多发的国家，而灾害发生往往会有恶劣天气相伴，这时光学成像卫星经常会“失明”，而SAR则能“临危不惧”、穿透云雨进行观测，为救灾抢险等工作提供第一手宝贵数据。同时，SAR还能被应用在军事侦察方面，可以有力支撑海洋权益的维护，在“南海争端”等特殊情势中都起到了举足轻重的作用。

在复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室副主任徐丰看来，随着国内外星载SAR技术的迅猛发展，SAR数据解译和信息获取已是国家急需发展的软实力。“现在是SAR遥感的黄金时代”，他说。

从名师·致力“SAR”研究

2003年，徐丰作为直博生进入复旦大学时，导师金亚秋院士正担任国家重点基础研究“973”项目首席科学家，这是我国微波遥感对地观测领域第一个“973”项目，徐丰作为技术骨干参与到该项目中。他们的工作获得国家自然科学奖二等奖，徐丰被列为第二完成人，他个人还因此获得全国优秀博士论文提名奖。从2006年开始我国连续成功发射多颗遥感卫星，他们所做的基础研究积累逐渐开始得到应用。

初识“SAR”，徐丰便为自己创造了一个闪亮的开端。直博四年多，他取得了数个极具亮点的工作。2005年，针对极化SAR对复杂地表分类研究，他提出去取向理论及其地表分类方法。该方法获得2006年度IEEE遥感学会最佳论文提名，后来成为极化分解技术的标准处理步骤，其关于极化SAR英文专著也被IEEE遥感学会网站列为推荐参考书，被国际同行称为代表极化SAR新进展的5部专著之一。

双向解析射线追踪（B A R T）算法，也是一项可圈可点的工作。该方法解决了复杂电大尺寸目标在粗糙面环境中的复合散射计算问题，同时实现了给定网格模型计算复杂度与频率无关的性能。这个成果让徐丰荣获2007年高等电磁学领域著名的美国SUMMA研究生奖金。该奖励每年全球只有1名获得者，迄今为止，徐丰是唯一来自中国大学的获奖者。另外，基于这一理论成果，他日后在美国工作期间又分别提出BART与矩量法、矢量辐射传输混合的算法，开发了海面舰船的雷达散射截面估计工具和遥测信道估计工具，其中，遥测信道估计工具已转化为商业化软件产品，现被美国爱德华空军基地使用。

“我的导师对科研事业很严谨，一直兢兢业业、勤奋工作。他时常告诉我们，无论我们干什么都要Professional（有职业精神）。”谈到当时的工作，徐丰说。带着这种“职业精神”，他漂洋过海，到美国大气海洋局（NOAA）卫星应用研究中心开展博士后研究。

“我在N O A A参与了美国下一代N A S A-N O A A联合极轨卫星项目研究。”期间，徐丰开发了基于贝叶斯理论的海面温度测量数据的质量控制算法，同时为遥感数据同化系统提供均一化处理，并且独立设计开发了NOAA官方的数据质量监测系统（IQUAM）。IQUAM系统自从2009年正式运行以来，得到了国际同行广泛认可，现被纳入为国际高分辨率海温组织GHRSST的关键部件之一。徐丰也因为这项成果获得了NASA-NOAA联合极轨卫星项目部的表彰，及CSU-NOAA联合大气研究所的杰出服务奖。

在美国工作将近6年，博士后出站后，他还先后在美国宇航局和美国智能自动化公司任研究科学家，主持多项美国宇航局、国防部、国土安全部资助的先进技术研究项目。“这段经历对我日后项目的申请和科研团队的管理有很大的帮助。”徐丰总结说。

2014年在IGARSS国际会议上，徐丰被授予IEEE GRSS青年成就奖。

徐丰团队

夯基础·创新体制成像

2012年，徐丰入选中组部第三批青年“千人计划”，一年后全职回国工作，担任复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室副主任，带领团队围绕SAR进行多项国家重大需求相关的前沿研究。

“现在中国发展很快，把时间贡献到祖国的发展进程中，是一件很有意义的事。”这是徐丰对回国原因的阐述，3年多来，他一直在用行动践行着这一点。

要夯实SAR对地观测技术的物理基础，徐丰认为，从电磁散射建模和成像仿真出发是一个很好的选择。他提出了映射投影算法（MPA），实现了包含各种自然地表和复杂人工目标等场景的极化SAR成像仿真，并开发出SARSIM仿真平台。“我们希望为系统开发设计人员和图像处理人员提供一个仿真工具。”他补充说，“我们可以先通过计算机仿真来预估系统性能、算法效率、实验结果，减少大型实验次数，提高试验成功率，降低测试成本，缩短研发周期。”该仿真平台随专著公开发布后，获得业内人士广泛关注。应用该技术，他与复旦大学无锡研究院等机构合作开发的POLSAR-EYES软件，也获得软件著作权。由于在建模仿真方面取得的突出成果，他荣获了国际无线电联盟青年科学家奖。

“我们还结合不同目标的电磁散射机理来做目标识别。”徐丰深知，SAR图像中体现出来的目标特征与光学影像完全不同，必须从雷达波与目标相互作用的物理机理出发来解读SAR图像。凭借复旦大学团队多年来在电磁散射理论研究方面的积累，他目前正带领团队进行基于散射机理的SAR目标识别技术攻关。最近他们在国际权威期刊IEEE地球科学与遥感汇刊上发表的论文中，结合电磁散射理论和深度学习技术开发了SAR自动目标识别算法，在标准数据集MSTAR上测试获得99%的分类精度，达到国际领先水平。

毫米波三维稀疏阵列ISAR成像技术也是他正在专注的焦点。该技术针对移动中目标，可用于探测进出关口的行人所携带违禁物品，解决大流量关口的安检这一难题。目前，在某所资助下，他已成功开发该技术的改进版样机。

育人才·教学科研并重

“科研与教学应该相辅相成，互相促进”，科研一线的工作，令徐丰对教学产生了新的认知。他认为，教材固然是已经成熟的体系，但对学生的传授不应该局限于“温故”，还要“知新”，他把在科研前沿所探索到的新的知识、思想、技术，甚至体会都“搬”到课堂上，让学生近距离了解科学前沿的情况。同时，坚持授人以渔，让学生掌握自主学习的能力。

当然，这一切都要以志向和远见作为基础。在他看来，鼓励学生树立伟大的志向和超凡的远见，是培养高层次人才的关键因素。没有志向和远见是做不成事业的。“学生是需要引导的，国家输送了好的苗子进来，没做好引导工作就等于是没能肩负起自己的责任。”

2014年，徐丰获得 IEEE 遥感学会青年成就奖（Early Career Award）。IEEE青年成就奖只奖励35岁以下、具有重大学术贡献潜力的青年学者，每年全球只有一名获奖者，徐丰是首次荣获该奖的亚洲学者。他目前还担任IEEE地球科学与遥感快报副主编、遥感学会上海分会主席、多个国际会议组委会成员等职务，可以说，徐丰已经是国际SAR领域的一颗新星，但他依然有条不紊地走在SAR研究之路上。

除了继续做好之前的工作，他还希望在高分辨率极化SAR的灾害监测上取得一定突破。挑战自然会有，但他更看重决心和毅力，“只要静下心来钻研，总能做出成绩的。”徐丰淡然道。