西电“雷达人”：给卫星戴上“高清矫正镜”

青春华章·智生万物｜西电“雷达人”：给卫星戴上“高清矫正镜”

中国青年网北京10月15日电(记者 宋莉)能从距地约3.6万公里的太空，实现全天候、全天时观测，今年2月，世界首颗高轨SAR卫星——陆地探测四号01星，正式完成在轨测试，转入业务化运行阶段。

自2023年8月13日由长征三号乙运载火箭成功送入太空以来，这颗高轨SAR(合成孔径雷达Synthetic Aperture Radar，简称SAR)卫星已稳定服务于防灾减灾、国土资源勘察、海洋、水利、气象、农业、环保、林业等行业的应用需求。

在西安电子科技大学(以下简称西电)雷达信号处理全国重点实验室里，有一支青年科研团队，在SAR理论领域深耕数十载，他们的研究成果，正是这颗高轨卫星得以清晰观测地面的关键。

破局：为3.6万公里外的“天眼”调焦

“可以把我们的技术比作一个高清矫正镜，戴上它，卫星能看得更清、更准。”西电教授孙光才，形象地比喻团队提出的创新性突破：星载SAR多域仿射尺度变换成像理论。

这一理论破解了卫星成像变形难题，获得中国电子学会科学技术奖自然科学二等奖。陆地探测四号01星搭载的正是这一理论的工程化成果。该理论目前已成功应用于多颗国产SAR卫星，显著提升了我国卫星对地观测能力。

“传统的星载SAR成像，基于雷达直线飞行和地表平坦的理想假设，就像用一套固定参数的眼镜看世界。”孙光才解释。在3.6万公里的太空，轨道弯曲度、地球曲率、信号时延都呈量级变化，传统星载SAR会失效，图像模糊、扭曲、重影，如同近视散光者眼中的世界，“要想看得更清晰，就必须把‘近视度数’调得更精确。”

为了给高轨卫星戴上这副“矫正镜”，孙光才和团队逐一攻克了三道关口：构建精确的三维模型、刻画时空耦合的调制关系、设计聚焦算法。

“模型一旦出错，后面是没法处理的。”孙光才深知模型是关键。但构建模型最怕形成定式，他强调，“突破模型之难，不在计算，而在思想。”为此，他们直面轨道弯曲的复杂几何现实，一点一点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。

如果说低轨SAR成像是在平坦公路上校准焦距，那么高轨SAR就相当于在剧烈颠簸的过山车上同时完成对焦。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，厘清了由此产生的强非线性信号调制特性。

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。团队创新性地提出了“多域仿射尺度变换”核心理论，它将因复杂运动和环境干扰而“散焦”的信号，重新统一、精准地“聚焦”还原，并据此发明了全新的成像处理方法。

传承：四代人接力，只为一张清晰的照片

这项突破并非一蹴而就，其背后是西电“雷达人”数十载的薪火相传。

西电雷达信号处理全国重点实验室成立伊始，创始人保铮就定下了“顶天立地”的科研目标，既要瞄准国际前沿，又要解决国家急需。20世纪90年代，这位中国雷达泰斗力排众议，在西电开辟了SAR研究方向。当时连实验设备都没有，保教授带着团队推公式、建模型。2000年，电子工程学院教授邢孟道创建星载SAR团队时，国内星载领域相关研究刚刚起步。

2007年，23岁的孙光才考入西电读研，师从邢孟道教授。彼时，首颗国产SAR卫星升空，但国际顶尖水平已实现亚米级分辨率。“老一辈的目标给我们指引了方向。”孙光才至今仍坚持着导师的教诲，“就是要不断探索”。在前辈们“顶天立地”精神的影响下，他养成了“带着疑问看问题”“从底层原理出发”的科研习惯。孙光才回忆，在一次研讨时，他突发奇想提出：电磁波与卫星运动的时空耦合，是否能成为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，最终成为重要核心课题。

当国家提出发展高轨SAR和亚米级超高分辨率卫星，真正的挑战来了。在十余年的攻坚克难中，最让孙光才难忘的是2020年底：某关键型号卫星即将发射升空，团队的新技术需要在这颗卫星上完成在轨验证。

入轨后的前两周，传统方法失效，图像始终散焦。“非常绝望。看着空荡荡的座位，我甚至怀疑自己的研究是不是走错了方向。”沮丧后，团队重新梳理了调制模型、信号模型和调制方法，逐一排查问题。第21天，屏幕上终于跳出了第一幅高清图像。“图像的质量，可以用前所未有来形容。目标极其清晰，什么语言描述都不夸张。”到第28天，完成前五幅高清图像调试。“如果得不到这五幅图像，这颗卫星的核心科学目标将无从实现。”孙光才感慨。

这样的硬仗，从来不是一个人能打赢的。

如今，以孙光才等骨干教师为引领，西电“雷达人”已形成一支精良的青年科研梯队，既有扎根理论研究的青年教师，也有活跃在工程一线的博士、硕士研究生。在这支队伍里，年轻人也能在关键岗位上挑大梁。

西电90后博导刘文康，就是其中之一。2015年，他刚开始攻读博士学位，恰逢世界首颗高轨SAR卫星进入初步论证阶段。彼时全球无同类工程案例、无成熟算法参考，所有技术路径都需自主探索。作为地面成像处理与校正软件模块的技术负责人，他直面“无资料、无先例、无标准”的三重困境，深耕中高轨SAR成像研究，通过海量仿真论证，创新性地将从未应用于星载领域的算法落地为工程方案，破解了高轨长合成孔径时间带来的成像难题。从项目论证、算法研发，到2023年卫星发射后的在轨应用，他一路参与了这颗卫星的完整历程。“它的每一步实现、每一步进展，也都会给我信心。”刘文康说。

孙光才的学生、95后博士生兰朋伟解开的，是一道藏在细节里的难题。在某次型号任务的联试联调阶段，他率先发现了无人察觉的图像重影、数据失配问题。经反复排查验证，问题根源指向硬件系统隐患，属于典型的跨专业工程难题。面对“非本职范畴”的提醒与“改造成本高、无需深究”的怠惰声音，兰朋伟坚决不肯妥协。他从零梳理硬件运行逻辑，通过数十次仿真实验与精准数学推演，完整复刻了故障现象、锁定问题根源，用严谨的数据论证推动硬件系统迭代优化，彻底消除了影响卫星成像质量的隐患。“每一次技术突破，都是无数次试错、坚守与深耕的结果。”兰朋伟说。

致远：从实验室走向民生一线

一代代西电“雷达人”的接续奋斗，让星载SAR从纸面构想变为太空实证。这项技术也早在一次次灾害应急中经受考验。

2022年9月，四川泸定发生强震，震区被厚厚云层笼罩，光学卫星束手无策。关键时刻，搭载了西电团队核心成像处理技术的“巢湖一号”“海丝一号”低轨SAR卫星临危受命，穿透云层获取了高质量震区影像，为灾情研判和救援指导提供了关键支撑。2023年土耳其大地震，这项技术同样参与了国际灾害监测。

2025年夏季，长江流域遭遇洪涝，陆地探测四号01星拍摄了长江全流域高清成像。同期，它还对洞庭湖、鄱阳湖水体范围进行了持续监测，为水资源调度提供了精准数据。

刘文康这样描述：“别的卫星调过来可能需要一两天，高轨SAR几个小时之内就能获取图像。它对同一个地方一天能持续观测12个小时以上，适合灾害的持续监测。”

不过，刘文康也坦言：“我国卫星硬件水平已跻身全球前列，但技术迭代应用、产业链完善仍需持续推进。”

面向下一个二十年，孙光才始终怀揣着科研报国的使命感：“行业现存不少技术难题，作为从业者，我有责任尽己所能去解决。”与此同时，团队还将把技术普惠作为重要方向，“让航天遥感成果真正惠及国计民生。”