徐豐：一心向“SAR”的科研人

宋潔

2016年8月10日，高分三號(hào)衛(wèi)星成功發(fā)射升空，這是我國(guó)第一顆分辨率達(dá)到1米的C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)（簡(jiǎn)稱SAR）成像衛(wèi)星，代表著我國(guó)星載SAR技術(shù)已到達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。

SAR是一種主動(dòng)式的微波對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，可安裝在飛機(jī)、衛(wèi)星、宇宙飛船等飛行平臺(tái)上，它是名副其實(shí)的“千里眼”，可以全天時(shí)、全天候?qū)Φ貙?shí)施觀測(cè)。中國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家，而災(zāi)害發(fā)生往往會(huì)有惡劣天氣相伴，這時(shí)光學(xué)成像衛(wèi)星經(jīng)常會(huì)“失明”，而SAR則能“臨危不懼”、穿透云雨進(jìn)行觀測(cè)，為救災(zāi)搶險(xiǎn)等工作提供第一手寶貴數(shù)據(jù)。同時(shí)，SAR還能被應(yīng)用在軍事偵察方面，可以有力支撐海洋權(quán)益的維護(hù)，在“南海爭(zhēng)端”等特殊情勢(shì)中都起到了舉足輕重的作用。

在復(fù)旦大學(xué)電磁波信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任徐豐看來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外星載SAR技術(shù)的迅猛發(fā)展，SAR數(shù)據(jù)解譯和信息獲取已是國(guó)家急需發(fā)展的軟實(shí)力。“現(xiàn)在是SAR遙感的黃金時(shí)代”，他說(shuō)。

從名師·致力“SAR”研究

2003年，徐豐作為直博生進(jìn)入復(fù)旦大學(xué)時(shí)，導(dǎo)師金亞秋院士正擔(dān)任國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究“973”項(xiàng)目首席科學(xué)家，這是我國(guó)微波遙感對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域第一個(gè)“973”項(xiàng)目，徐豐作為技術(shù)骨干參與到該項(xiàng)目中。他們的工作獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，徐豐被列為第二完成人，他個(gè)人還因此獲得全國(guó)優(yōu)秀博士論文提名獎(jiǎng)。從2006年開(kāi)始我國(guó)連續(xù)成功發(fā)射多顆遙感衛(wèi)星，他們所做的基礎(chǔ)研究積累逐漸開(kāi)始得到應(yīng)用。

初識(shí)“SAR”，徐豐便為自己創(chuàng)造了一個(gè)閃亮的開(kāi)端。直博四年多，他取得了數(shù)個(gè)極具亮點(diǎn)的工作。2005年，針對(duì)極化SAR對(duì)復(fù)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JEEE遙感學(xué)會(huì)最佳論文提名，后來(lái)成為極化分解技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)處理步驟，其關(guān)于極化SAR英文專著也被IEEE遙感學(xué)會(huì)網(wǎng)站列為推薦參考書，被國(guó)際同行稱為代表極化SAR新進(jìn)展的5部專著之一。

雙向解析射線追蹤（BART）算法，也是一項(xiàng)可圈可點(diǎn)的工作。該方法解決了復(fù)雜電大尺寸目標(biāo)在粗糙面環(huán)境中的復(fù)合散射計(jì)算問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了給定網(wǎng)格模型計(jì)算復(fù)雜度與頻率無(wú)關(guān)的性能。這個(gè)成果讓徐豐榮獲2007年高等電磁學(xué)領(lǐng)域著名的美國(guó)SUMMA研究生獎(jiǎng)金。該獎(jiǎng)勵(lì)每年全球只有1名獲得者，迄今為止，徐豐是唯一來(lái)自中國(guó)大學(xué)的獲獎(jiǎng)?wù)摺Ａ硗猓谶@一理論成果，他日后在美國(guó)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(kāi)發(fā)了海面艦船的雷達(dá)散射截面估計(jì)工具和遙測(cè)信道估計(jì)工具，其中，遙測(cè)信道估計(jì)工具已轉(zhuǎn)化為商業(yè)化軟件產(chǎn)品，現(xiàn)被美國(guó)愛(ài)德華空軍基地使用。

“我的導(dǎo)師對(duì)科研事業(yè)很嚴(yán)謹(jǐn)，一直兢兢業(yè)業(yè)、勤奮工作。他時(shí)常告訴我們，無(wú)論我們干什么都要Professional（有職業(yè)精神）。”談到當(dāng)時(shí)的工作，徐豐說(shuō)。帶著這種“職業(yè)精神”，他漂洋過(guò)海，到美國(guó)大氣海洋局（NOAA）衛(wèi)星應(yīng)用研究中心開(kāi)展博士后研究。

“我在NOAA參與了美國(guó)下一代NASA-NOAA聯(lián)合極軌衛(wèi)星項(xiàng)目研究。”期間，徐豐開(kāi)發(fā)了基于貝葉斯理論的海面溫度測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制算法，同時(shí)為遙感數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)提供均一化處理，并且獨(dú)立設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了NOAA官方的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（IQUAM）。IQUAM系統(tǒng)自從2009年正式運(yùn)行以來(lái)，得到了國(guó)際同行廣泛認(rèn)可，現(xiàn)被納入為國(guó)際高分辨率海溫組織GHRSST的關(guān)鍵部件之一。徐豐也因?yàn)檫@項(xiàng)成果獲得了NASA-NOAA聯(lián)合極軌衛(wèi)星項(xiàng)目部的表彰，及CSU-NOAA聯(lián)合大氣研究所的杰出服務(wù)獎(jiǎng)。

在美國(guó)工作將近6年，博士后出站后，他還先后在美國(guó)宇航局和美國(guó)智能自動(dòng)化公司任研究科學(xué)家，主持多項(xiàng)美國(guó)宇航局、國(guó)防部、國(guó)土安全部資助的先進(jìn)技術(shù)研究項(xiàng)目。“這段經(jīng)歷對(duì)我日后項(xiàng)目的申請(qǐng)和科研團(tuán)隊(duì)的管理有很大的幫助。”徐豐總結(jié)說(shuō)。

夯基礎(chǔ)·創(chuàng)新體制成像

2012年，徐豐入選中組部第三批青年“千人計(jì)劃”，一年后全職回國(guó)工作，擔(dān)任復(fù)旦大學(xué)電磁波信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞SAR進(jìn)行多項(xiàng)國(guó)家重大需求相關(guān)的前沿研究。

“現(xiàn)在中國(guó)發(fā)展很快，把時(shí)間貢獻(xiàn)到祖國(guó)的發(fā)展進(jìn)程中，是一件很有意義的事。”這是徐豐對(duì)回國(guó)原因的闡述，3年多來(lái)，他一直在用行動(dòng)踐行著這一點(diǎn)。

要夯實(shí)SAR對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的物理基礎(chǔ)，徐豐認(rèn)為，從電磁散射建模和成像仿真出發(fā)是一個(gè)很好的選擇。他提出了映射投影算法（MPA），實(shí)現(xiàn)了包含各種自然地表和復(fù)雜人工目標(biāo)等場(chǎng)景的極化SAR成像仿真，并開(kāi)發(fā)出SARSIM仿真平臺(tái)。“我們希望為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員和圖像處理人員提供一個(gè)仿真工具。”他補(bǔ)充說(shuō)，“我們可以先通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真來(lái)預(yù)估系統(tǒng)性能、算法效率、實(shí)驗(yàn)結(jié)果，減少大型實(shí)驗(yàn)次數(shù)，提高試驗(yàn)成功率，降低測(cè)試成本，縮短研發(fā)周期。”該仿真平臺(tái)隨專著公開(kāi)發(fā)布后，獲得業(yè)內(nèi)人士廣泛關(guān)注。應(yīng)用該技術(shù)，他與復(fù)旦大學(xué)無(wú)錫研究院等機(jī)構(gòu)合作開(kāi)發(fā)的POLSAR-EYEs軟件，也獲得軟件著作權(quán)。由于在建模仿真方面取得的突出成果，他榮獲了國(guó)際無(wú)線電聯(lián)盟青年科學(xué)家獎(jiǎng)。

“我們還結(jié)合不同目標(biāo)的電磁散射機(jī)理來(lái)做目標(biāo)識(shí)別。”徐豐深知，SAR圖像中體現(xiàn)出來(lái)的目標(biāo)特征與光學(xué)影像完全不同，必須從雷達(dá)波與目標(biāo)相互作用的物理機(jī)理出發(fā)來(lái)解讀SAR圖像。憑借復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來(lái)在電磁散射理論研究方面的積累，他目前正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行基于散射機(jī)理的SAR目標(biāo)識(shí)別技術(shù)攻關(guān)。最近他們?cè)趪?guó)際權(quán)威期刊IEEE地球科學(xué)與遙感匯刊上發(fā)表的論文中，結(jié)合電磁散射理論和深度學(xué)習(xí)技術(shù)開(kāi)發(fā)了SAR自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別算法，在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集MSTAR上測(cè)試獲得99%的分類精度，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

毫米波三維稀疏陣列ISAR成像技術(shù)也是他正在專注的焦點(diǎn)。該技術(shù)針對(duì)移動(dòng)中目標(biāo)，可用于探測(cè)進(jìn)出關(guān)口的行人所攜帶違禁物品，解決大流量關(guān)口的安檢這一難題。目前，在某所資助下，他已成功開(kāi)發(fā)該技術(shù)的改進(jìn)版樣機(jī)。

育人才·教學(xué)科研并重

“科研與教學(xué)應(yīng)該相輔相成，互相促進(jìn)”，科研一線的工作，令徐豐對(duì)教學(xué)產(chǎn)生了新的認(rèn)知。他認(rèn)為，教材固然是已經(jīng)成熟的體系，但對(duì)學(xué)生的傳授不應(yīng)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(shí)、思想、技術(shù)，甚至體會(huì)都“搬”到課堂上，讓學(xué)生近距離了解科學(xué)前沿的情況。同時(shí)，堅(jiān)持授人以漁，讓學(xué)生掌握自主學(xué)習(xí)的能力。

當(dāng)然，這一切都要以志向和遠(yuǎn)見(jiàn)作為基礎(chǔ)。在他看來(lái)，鼓勵(lì)學(xué)生樹(shù)立偉大的志向和超凡的遠(yuǎn)見(jiàn)，是培養(yǎng)高層次人才的關(guān)鍵因素。沒(méi)有志向和遠(yuǎn)見(jiàn)是做不成事業(yè)的。“學(xué)生是需要引導(dǎo)的，國(guó)家輸送了好的苗子進(jìn)來(lái)，沒(méi)做好引導(dǎo)工作就等于是沒(méi)能肩負(fù)起自己的責(zé)任。”

2014年，徐豐獲得IEEE遙感學(xué)會(huì)青年成就獎(jiǎng)（Early Career Award）。IEEE青年成就獎(jiǎng)只獎(jiǎng)勵(lì)35歲以下、具有重大學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)潛力的青年學(xué)者，每年全球只有一名獲獎(jiǎng)?wù)撸熵S是首次榮獲該獎(jiǎng)的亞洲學(xué)者。他目前還擔(dān)任IEEE地球科學(xué)與遙感快報(bào)副主編、遙感學(xué)會(huì)上海分會(huì)主席、多個(gè)國(guó)際會(huì)議組委會(huì)成員等職務(wù)，可以說(shuō)，徐豐已經(jīng)是國(guó)際SAR領(lǐng)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(zāi)害監(jiān)測(cè)上取得一定突破。挑戰(zhàn)自然會(huì)有，但他更看重決心和毅力，“只要靜下心來(lái)鉆研，總能做出成績(jī)的。”徐豐淡然道。