不畏艱難 創(chuàng)新開拓
——記上海交通大學(xué)信號處理與系統(tǒng)研究所副研究員王開志

本刊記者 劉婉茹

在辦公室

英國著名的散文家、哲學(xué)家培根曾言：“讀史使人明智，讀詩使人靈秀，數(shù)學(xué)使人周密，科學(xué)使人深刻，倫理學(xué)使人莊重，邏輯修辭使人善辯，凡有所學(xué)，皆成性格?！?/p>

工作之余，王開志反復(fù)閱讀《資治通鑒》《史記》等歷史著作，每次閱讀都會有新的體悟。他說，讀史可以見今，歷史上有很多人物，當年也是面臨著無法想象的困難，但是最后都扛過來了。在科研方面，兩彈一星的元勛們，當年在研發(fā)原子彈、氫彈時所面臨的困難更大，沒有研究資料，沒有技術(shù)設(shè)備，但是他們卻憑借自己對科研的熱愛，對國家的責任感，創(chuàng)造了一系列優(yōu)秀的科研成果。如今的科研環(huán)境越來越好，有各種各樣的儀器設(shè)備，還有較為充分的科研資金保障，王開志覺得如今遇到的困難相較于前人來說都不值一提，而他所要做的就是靜心于科研之中，做出更多有創(chuàng)新性的科研成果。

從事科研以來，他不畏艱難，在這條路上創(chuàng)新著、實踐著，在合成孔徑雷達信號處理和合成孔徑雷達（SAR）圖像理解等方面做出了諸多突破，為保障我國的國防安全以及人民的生命健康安全方面做出了不懈努力。他說，作為一名科研人，立足實際、創(chuàng)新前行是一生奮斗的目標，在上海交通大學(xué)信號處理與系統(tǒng)研究所這一研究平臺之上，王開志仍在盡情揮灑著自己滿腔的科研熱情，在科研征程中不懈開拓著。

以生物醫(yī)學(xué)工程為起點

一直以來，王開志對基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)情有獨鐘。在高中時期，他的生物學(xué)和化學(xué)成績尤其優(yōu)秀。1995年9月，王開志順利考取了西安電子科技大學(xué)，成為了學(xué)校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的第一屆本科生，在這里打下了堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。因為對這一專業(yè)有著不變的熱情，而生在北方的王開志也想要去南方的高?？匆豢?，在專業(yè)方面進行更加深入的學(xué)習。結(jié)合之前的學(xué)習經(jīng)驗，本科畢業(yè)后，王開志又考取了東南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的研究生，并在這里尋找到了自己一生執(zhí)著的科研方向。

東南大學(xué)位于江蘇省南京市，是中國最早建立的高等學(xué)府之一，素有“學(xué)府圣地”和“東南學(xué)府第一流”之美譽。20世紀90年代，東南大學(xué)生物電子學(xué)國家重點實驗室正式成立，其在生物醫(yī)學(xué)工程方面處于全國領(lǐng)先地位。

在東南大學(xué)就讀期間，王開志的主要研究方向是生物信號處理，并在機緣巧合之下接觸到了合成孔徑雷達，王開志介紹，醫(yī)學(xué)成像和醫(yī)學(xué)影像是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的一個重要分支，現(xiàn)在醫(yī)學(xué)中所用的X光、CT、B超等都與雷達成像有一定的相似性，其中，B超的成像原理與雷達成像相似度極高，而他在生物電子學(xué)領(lǐng)域所積累的研究經(jīng)驗，也為他順利融入合成孔徑雷達領(lǐng)域打下了堅實的基礎(chǔ)。

碩士畢業(yè)后，王開志又考取了上海交通大學(xué)電子工程系的博士研究生，在合成孔徑雷達方面積累了豐富的經(jīng)驗，博士畢業(yè)后，王開志正式留校，繼續(xù)投入在這一領(lǐng)域的研究中。

合成孔徑雷達應(yīng)用廣泛

“其實，合成孔徑雷達成像是一種廣義的成像技術(shù)。通常，在進行光學(xué)成像時，科學(xué)家會用透鏡把光聚焦起來，以此來得到光學(xué)的圖像。但是透鏡對于微波成像并沒有聚焦作用，這時候就需要利用一些特殊的技術(shù)手段，比如說用計算機把微波信號采集起來，用計算機程序，通過一定處理，來獲得微波圖像。事實上，微波成像與光學(xué)成像的道理是一樣的，過程也極為相似，唯一的差別在于波長不一樣。光波波長一般為500多個納米，微波的波長基本上在厘米這一量級。所以，微波圖像與我們?nèi)粘Ｒ曈X看到的圖像也有差別，在這種情況下，就需要通過合成孔徑雷達，也就是SAR的圖像理解工作，來輔助人們看懂微波圖像?！蓖蹰_志說。

而微波成像的意義何在呢？王開志解釋道：合成孔徑雷達可以擴展我們的視覺，一般人類的眼睛只能看到可見光的范圍，但是合成孔徑雷達卻可以讓我們看到微波世界的圖像是怎樣的，這就是一個基本的意義。除此之外，其在實際應(yīng)用中也具有廣泛的價值。

在軍事應(yīng)用方面，因為合成孔徑雷達是一種高分辨率成像雷達，不受任何氣象、光照的影響，可以在能見度極低的氣象條件下得到類似光學(xué)照相的高分辨雷達圖像，具有很好的穿透性能，能實現(xiàn)全天候的成像，在軍事作戰(zhàn)時，即使在黑夜或者天空云雨密布的情況下，只要利用合適的微波頻率照射對方，就可以獲得對方的微波圖像，從而看清楚敵方的軍事設(shè)施、作戰(zhàn)態(tài)勢等。

在民用方面，地圖的測繪、高層的測量、植被、土壤的水含量，以及違章建筑的處理，都可以用到合成孔徑雷達。值得一提的是，2008年汶川地震時，因為下雨，震區(qū)道路堵塞，導(dǎo)致救援隊伍無法了解震區(qū)的情況，在這種情形下，國家調(diào)用了雷達衛(wèi)星對震區(qū)進行微波成像，第一時間弄清楚了汶川災(zāi)區(qū)的破壞程度，由此可見合成孔徑雷達的應(yīng)用價值之大。

深入合成孔徑雷達研究

掌握新技術(shù)，要善于領(lǐng)悟，更要善于創(chuàng)新。從碩士開始接觸到合成孔徑雷達研究到現(xiàn)在，王開志一直在這一領(lǐng)域腳踏實地前行著。日積月累的創(chuàng)新、鉆研，他與團隊成員們攜手取得了一系列科研突破，合成孔徑雷達的光學(xué)信號處理技術(shù)就是其中之一。

合成孔徑雷達的首次使用是在20世紀50年代后期，它從誕生到現(xiàn)在，也經(jīng)歷了將近70年的歷史，它的分辨率與成像的幅寬都得到了大幅提升，與此同時，對處理系統(tǒng)的要求也就越來越高。

王開志說：“合成孔徑雷達的應(yīng)用往往要求我們能夠在衛(wèi)星上、飛機上以及空間站當中實現(xiàn)復(fù)雜的信號處理，現(xiàn)如今能夠完成這種復(fù)雜信號處理的計算機或CPU可謂是鳳毛麟角，特別在嚴苛環(huán)境條件下，還要考慮到多方面的約束。”

在這種情況下，王開志團隊提出了將合成孔徑雷達數(shù)據(jù)調(diào)制在光上這一想法。因為光學(xué)成像系統(tǒng)非常發(fā)達且成熟，如果用合成孔徑雷達的信息或者信號調(diào)制在光上面，然后用光學(xué)器件來實現(xiàn)合成孔徑雷達的聚焦，再通過后端的照相機進行拍攝，就可以直接得到圖像。通過這種方式，可以顯著改善成像的復(fù)雜度以及系統(tǒng)預(yù)算的效率，這項研究也得到了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃的支持，并獲得了省部級獎勵。

在新體制雷達的探測研究方面，王開志及其團隊也取得了創(chuàng)新性突破。在王開志的介紹下，記者了解到：雷達技術(shù)從原則上來說，是一種仿生學(xué)技術(shù)，自然界中的蝙蝠金魚海豚等，都是靠回聲定位來實現(xiàn)目標探測的，雷達也是這個道理。自然界中的生物，也不是簡單發(fā)出聲音，然后聽到回聲這么簡單，根據(jù)它探測的目的和被探測的目標的不同，其所發(fā)出去的聲音也是有很大差別的。例如蝙蝠，在平時飛行的時候，如果周圍沒有障礙物，它發(fā)出的是一種聲音。而要捕食的時候，特別是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了獵食的對象，去把它抓住的過程中，它探測用到的聲音信號也是截然不同的。

這種現(xiàn)象啟發(fā)了王開志團隊。他說：“因為現(xiàn)在的雷達只是發(fā)射能量、接觸能量、接收能量，根據(jù)接收能量的多少判斷有沒有目標或者把能量聚集起來看目標的形態(tài)，其實我們更應(yīng)該根據(jù)目標的特征屬性來設(shè)計不同的波形，以適應(yīng)目標場合，這樣的話，在雷達發(fā)射的能量上以及我們獲取的信息量上就能達到最優(yōu)?！倍嗄昵?，王開志團隊就提出了“綠色雷達”這一研究方向，即通過放射最小的能量，獲取最多的信息量，通過改變現(xiàn)在發(fā)射雷達信號的形式來獲取更多的信息。在這一研究基礎(chǔ)之上，王開志團隊希望能在雷達動物仿生學(xué)方面的研究中更進一步，向生物學(xué)的原理靠攏，這一研究也得到了相關(guān)部門的支持。

除此之外，王開志團隊還多年致力于合成孔徑新體制的微波成像技術(shù)研究?！霸诤铣煽讖嚼走_成像中，最關(guān)鍵的問題就是合成孔徑，而要想合成這一孔徑，就必須要雷達與目標之間產(chǎn)生相對運動，但這種運動并不是在什么時候都可以輕易實現(xiàn)的。例如，我們將雷達裝在同步軌道衛(wèi)星上，從理論上來講，同步軌道衛(wèi)星對地面是相對靜止的，即便有運動，相對運動速度也非常低，如果想要在那么高的軌道上實現(xiàn)微波成像，有著極大的難度?！蓖蹰_志說。

在這種情況之下，王開志團隊提出，在不動的情況下直接來實現(xiàn)成像。這種成像被稱之為微波凝視成像。他們對比了光學(xué)與微波之間的對應(yīng)關(guān)系，提出了波前調(diào)制的概念，通過利用高斯波束以及等離子體的波前調(diào)制技術(shù)，讓雷達波束照在地面上的時候不再像傳統(tǒng)那樣一成不變，可以根據(jù)不同需求讓它靈活變化，通過變化的雷達波束，再輔助于一系列的數(shù)學(xué)方法，可以在目標與雷達相對靜止的情況下繁衍出成像的場景，以此作為突破點進行科學(xué)研究。

王開志

另外，因為合成孔徑雷達的成像性能或圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量的評估與評價是各類SAR應(yīng)用的基礎(chǔ)，目前對SAR系統(tǒng)所進行的成像質(zhì)量評價普遍采用點目標作為對象。這種方式簡單有效，特別適合對雷達系統(tǒng)的性能和指標進行測試。但點目標的成像結(jié)果對一般性被探測目標的成像效果卻難以有效發(fā)揮預(yù)測或指導(dǎo)作用，這主要是由于SAR探測所采用的微波信號相對于可見光而言波長較長，與實際目標之間的作用關(guān)系復(fù)雜，相比之下點目標太過理想化簡單化，在其成像結(jié)果中難以反映SAR傳感器對復(fù)雜目標的成像性能及可能的效果。

王開志團隊針對SAR系統(tǒng)的成像性能和一般性被探測目標的SAR圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價問題，提出了一種采用非點目標作為圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量評價對象的思路，建立了以空間頻率調(diào)制度比為核心的面目標SAR成像質(zhì)量評價方法及相關(guān)的實施技術(shù)途徑。他們嘗試建立面向SAR圖像數(shù)據(jù)解譯和應(yīng)用的SAR圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量評價方法和SAR系統(tǒng)成像質(zhì)量的評價方法。這些評價方法將為SAR圖像數(shù)據(jù)的應(yīng)用以及SAR系統(tǒng)的設(shè)計以及偵照參數(shù)的優(yōu)化配置提供定量化的指標和參考。

傾心培育科研人才

“知識創(chuàng)新需要的是獨立的個性化思考和個性化發(fā)展，不在于人多力量大，而在于每個人都能夠知其所長，朝著自己喜歡的個性化的方向發(fā)散思維、去創(chuàng)新、去發(fā)展，為團隊所致力的領(lǐng)域方向提供創(chuàng)造性的思路或者想法?！蓖蹰_志說。

現(xiàn)如今，王開志的科研團隊大約有5位成員，雖然規(guī)模不大，但團隊每個成員都有自己所擅長的方向。團隊運作模式靈活，合作也非常融洽，多年來，大家一起在這一領(lǐng)域協(xié)同奮進，將一個個美好的科研想法變成現(xiàn)實，在這樣一個團隊中從事科研工作，王開志深感幸運和幸福。

科研之外，王開志還擔負著培養(yǎng)新時期科研人才的職責。因為自己也是從本科、碩士、博士一路走來，所以非常明白學(xué)生最需要的是什么。研究生時期，是學(xué)生科研生涯的起點，作為一名研究生導(dǎo)師，王開志認為應(yīng)該首先幫學(xué)生尋找一個最適合其發(fā)展的方向，這一方向不僅要契合其未來的就業(yè)和職業(yè)的發(fā)展、適應(yīng)國家科研發(fā)展的大方向，也要根據(jù)實驗室相應(yīng)的實驗裝備和財力而展開，以便能更好地支持他們的研究。

其次，王開志還非常注意培養(yǎng)學(xué)生負責任的態(tài)度?！白鳛橐幻蒲腥?，他們不僅要對自己研究的領(lǐng)域和方向負責，也要對自己的行為和后果負責。特別是在科學(xué)研究中，有很多與外界科研伙伴合作和交流的機會，在這一過程中培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)調(diào)組織能力，以及為自己的科研工作負責的態(tài)度也是尤為重要的?！蓖蹰_志表示。

此外，王開志還致力于培養(yǎng)學(xué)生從事科研工作的自豪感，他希望學(xué)生們在學(xué)校學(xué)習的科研知識能夠讓他們有實力也有底氣做出一番成績，讓他們明白自己并不比別人差。有了這些方方面面的歷練，學(xué)生走入社會就會更加有底氣。

現(xiàn)如今國家的科研環(huán)境越來越好，王開志認為未來高校更應(yīng)該注重科研角色的轉(zhuǎn)換，引領(lǐng)科學(xué)發(fā)展趨勢，在國家支持產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的大背景下與科研院所合作，共同為國家的發(fā)展貢獻科研力量。而他身為千千萬萬科研工作者中的一員，也會始終堅守著實事求是、創(chuàng)新開拓的精神，為我國合成孔徑雷達科學(xué)研究更好地造福祖國發(fā)展而竭盡全力！