徐豐:一心向“SAR”的科研人

本刊記者　宋　潔

徐豐:一心向“SAR”的科研人

本刊記者宋潔

徐豐

2016年8月10日，高分三號衛(wèi)星成功發(fā)射升空，這是我國第一顆分辨率達到1米的C頻段多極化合成孔徑雷達（簡稱S A R）成像衛(wèi)星，代表著我國星載SAR技術已到達國際先進水平。

SAR是一種主動式的微波對地觀測系統(tǒng)，可安裝在飛機、衛(wèi)星、宇宙飛船等飛行平臺上，它是名副其實的“千里眼”，可以全天時、全天候對地實施觀測。中國是一個自然災害多發(fā)的國家，而災害發(fā)生往往會有惡劣天氣相伴，這時光學成像衛(wèi)星經(jīng)常會“失明”，而SAR則能“臨危不懼”、穿透云雨進行觀測，為救災搶險等工作提供第一手寶貴數(shù)據(jù)。同時，SAR還能被應用在軍事偵察方面，可以有力支撐海洋權益的維護，在“南海爭端”等特殊情勢中都起到了舉足輕重的作用。

在復旦大學電磁波信息科學教育部重點實驗室副主任徐豐看來，隨著國內外星載SAR技術的迅猛發(fā)展，SAR數(shù)據(jù)解譯和信息獲取已是國家急需發(fā)展的軟實力?！艾F(xiàn)在是SAR遙感的黃金時代”，他說。

從名師·致力“SAR”研究

2003年，徐豐作為直博生進入復旦大學時，導師金亞秋院士正擔任國家重點基礎研究“973”項目首席科學家，這是我國微波遙感對地觀測領域第一個“973”項目，徐豐作為技術骨干參與到該項目中。他們的工作獲得國家自然科學獎二等獎，徐豐被列為第二完成人，他個人還因此獲得全國優(yōu)秀博士論文提名獎。從2006年開始我國連續(xù)成功發(fā)射多顆遙感衛(wèi)星，他們所做的基礎研究積累逐漸開始得到應用。

初識“SAR”，徐豐便為自己創(chuàng)造了一個閃亮的開端。直博四年多，他取得了數(shù)個極具亮點的工作。2005年，針對極化SAR對復雜地表分類研究，他提出去取向理論及其地表分類方法。該方法獲得2006年度IEEE遙感學會最佳論文提名，后來成為極化分解技術的標準處理步驟，其關于極化SAR英文專著也被IEEE遙感學會網(wǎng)站列為推薦參考書，被國際同行稱為代表極化SAR新進展的5部專著之一。

雙向解析射線追蹤（B A R T）算法，也是一項可圈可點的工作。該方法解決了復雜電大尺寸目標在粗糙面環(huán)境中的復合散射計算問題，同時實現(xiàn)了給定網(wǎng)格模型計算復雜度與頻率無關的性能。這個成果讓徐豐榮獲2007年高等電磁學領域著名的美國SUMMA研究生獎金。該獎勵每年全球只有1名獲得者，迄今為止，徐豐是唯一來自中國大學的獲獎者。另外，基于這一理論成果，他日后在美國工作期間又分別提出BART與矩量法、矢量輻射傳輸混合的算法，開發(fā)了海面艦船的雷達散射截面估計工具和遙測信道估計工具，其中，遙測信道估計工具已轉化為商業(yè)化軟件產(chǎn)品，現(xiàn)被美國愛德華空軍基地使用。

“我的導師對科研事業(yè)很嚴謹，一直兢兢業(yè)業(yè)、勤奮工作。他時常告訴我們，無論我們干什么都要Professional（有職業(yè)精神）?！闭劦疆敃r的工作，徐豐說。帶著這種“職業(yè)精神”，他漂洋過海，到美國大氣海洋局（NOAA）衛(wèi)星應用研究中心開展博士后研究。

“我在N O A A參與了美國下一代N A S A-N O A A聯(lián)合極軌衛(wèi)星項目研究?！逼陂g，徐豐開發(fā)了基于貝葉斯理論的海面溫度測量數(shù)據(jù)的質量控制算法，同時為遙感數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)提供均一化處理，并且獨立設計開發(fā)了NOAA官方的數(shù)據(jù)質量監(jiān)測系統(tǒng)（IQUAM）。IQUAM系統(tǒng)自從2009年正式運行以來，得到了國際同行廣泛認可，現(xiàn)被納入為國際高分辨率海溫組織GHRSST的關鍵部件之一。徐豐也因為這項成果獲得了NASA-NOAA聯(lián)合極軌衛(wèi)星項目部的表彰，及CSU-NOAA聯(lián)合大氣研究所的杰出服務獎。

在美國工作將近6年，博士后出站后，他還先后在美國宇航局和美國智能自動化公司任研究科學家，主持多項美國宇航局、國防部、國土安全部資助的先進技術研究項目?！斑@段經(jīng)歷對我日后項目的申請和科研團隊的管理有很大的幫助?！毙熵S總結說。

2014年在IGARSS國際會議上，徐豐被授予IEEE GRSS青年成就獎。

徐豐團隊

夯基礎·創(chuàng)新體制成像

2012年，徐豐入選中組部第三批青年“千人計劃”，一年后全職回國工作，擔任復旦大學電磁波信息科學教育部重點實驗室副主任，帶領團隊圍繞SAR進行多項國家重大需求相關的前沿研究。

“現(xiàn)在中國發(fā)展很快，把時間貢獻到祖國的發(fā)展進程中，是一件很有意義的事?！边@是徐豐對回國原因的闡述，3年多來，他一直在用行動踐行著這一點。

要夯實SAR對地觀測技術的物理基礎，徐豐認為，從電磁散射建模和成像仿真出發(fā)是一個很好的選擇。他提出了映射投影算法（MPA），實現(xiàn)了包含各種自然地表和復雜人工目標等場景的極化SAR成像仿真，并開發(fā)出SARSIM仿真平臺?！拔覀兿Ｍ麨橄到y(tǒng)開發(fā)設計人員和圖像處理人員提供一個仿真工具。”他補充說，“我們可以先通過計算機仿真來預估系統(tǒng)性能、算法效率、實驗結果，減少大型實驗次數(shù)，提高試驗成功率，降低測試成本，縮短研發(fā)周期?！痹摲抡嫫脚_隨專著公開發(fā)布后，獲得業(yè)內人士廣泛關注。應用該技術，他與復旦大學無錫研究院等機構合作開發(fā)的POLSAR-EYES軟件，也獲得軟件著作權。由于在建模仿真方面取得的突出成果，他榮獲了國際無線電聯(lián)盟青年科學家獎。

“我們還結合不同目標的電磁散射機理來做目標識別?！毙熵S深知，SAR圖像中體現(xiàn)出來的目標特征與光學影像完全不同，必須從雷達波與目標相互作用的物理機理出發(fā)來解讀SAR圖像。憑借復旦大學團隊多年來在電磁散射理論研究方面的積累，他目前正帶領團隊進行基于散射機理的SAR目標識別技術攻關。最近他們在國際權威期刊IEEE地球科學與遙感匯刊上發(fā)表的論文中，結合電磁散射理論和深度學習技術開發(fā)了SAR自動目標識別算法，在標準數(shù)據(jù)集MSTAR上測試獲得99%的分類精度，達到國際領先水平。

毫米波三維稀疏陣列ISAR成像技術也是他正在專注的焦點。該技術針對移動中目標，可用于探測進出關口的行人所攜帶違禁物品，解決大流量關口的安檢這一難題。目前，在某所資助下，他已成功開發(fā)該技術的改進版樣機。

育人才·教學科研并重

“科研與教學應該相輔相成，互相促進”，科研一線的工作，令徐豐對教學產(chǎn)生了新的認知。他認為，教材固然是已經(jīng)成熟的體系，但對學生的傳授不應該局限于“溫故”，還要“知新”，他把在科研前沿所探索到的新的知識、思想、技術，甚至體會都“搬”到課堂上，讓學生近距離了解科學前沿的情況。同時，堅持授人以漁，讓學生掌握自主學習的能力。

當然，這一切都要以志向和遠見作為基礎。在他看來，鼓勵學生樹立偉大的志向和超凡的遠見，是培養(yǎng)高層次人才的關鍵因素。沒有志向和遠見是做不成事業(yè)的?！皩W生是需要引導的，國家輸送了好的苗子進來，沒做好引導工作就等于是沒能肩負起自己的責任?！?/p>

2014年，徐豐獲得 IEEE 遙感學會青年成就獎（Early Career Award）。IEEE青年成就獎只獎勵35歲以下、具有重大學術貢獻潛力的青年學者，每年全球只有一名獲獎者，徐豐是首次榮獲該獎的亞洲學者。他目前還擔任IEEE地球科學與遙感快報副主編、遙感學會上海分會主席、多個國際會議組委會成員等職務，可以說，徐豐已經(jīng)是國際SAR領域的一顆新星，但他依然有條不紊地走在SAR研究之路上。

除了繼續(xù)做好之前的工作，他還希望在高分辨率極化SAR的災害監(jiān)測上取得一定突破。挑戰(zhàn)自然會有，但他更看重決心和毅力，“只要靜下心來鉆研，總能做出成績的。”徐豐淡然道。