徐豐：一心向“SAR”的科研人

宋潔

2016年8月10日，高分三號衛星成功發射升空，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SAR）成像衛星，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，可安裝在飛機、衛星、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的國家，而災害發生往往會有惡劣天氣相伴，這時光學成像衛星經常會“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據。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技術的迅猛發展，SAR數據解譯和信息獲取已是國家急需發展的軟實力。“現在是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秀博士論文提名獎。從2006年開始我國連續成功發射多顆遙感衛星，他們所做的基礎研究積累逐漸開始得到應用。

初識“SAR”，徐豐便為自己創造了一個閃亮的開端。直博四年多，他取得了數個極具亮點的工作。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JEEE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（BART）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境中的復合散射計算問題，同時實現了給定網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化軟件產品，現被美國愛德華空軍基地使用。

“我的導師對科研事業很嚴謹，一直兢兢業業、勤奮工作。他時常告訴我們，無論我們干什么都要Professional（有職業精神）。”談到當時的工作，徐豐說。帶著這種“職業精神”，他漂洋過海，到美國大氣海洋局（NOAA）衛星應用研究中心開展博士后研究。

“我在NOAA參與了美國下一代NASA-NOAA聯合極軌衛星項目研究。”期間，徐豐開發了基于貝葉斯理論的海面溫度測量數據的質量控制算法，同時為遙感數據同化系統提供均一化處理，并且獨立設計開發了NOAA官方的數據質量監測系統（IQUAM）。IQUAM系統自從2009年正式運行以來，得到了國際同行廣泛認可，現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聯合極軌衛星項目部的表彰，及CSU-NOAA聯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。“這段經歷對我日后項目的申請和科研團隊的管理有很大的幫助。”徐豐總結說。

夯基礎·創新體制成像

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。

“現在中國發展很快，把時間貢獻到祖國的發展進程中，是一件很有意義的事。”這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是一個很好的選擇。他提出了映射投影算法（MPA），實現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，并開發出SARSIM仿真平臺。“我們希望為系統開發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性能、算法效率、實驗結果，減少大型實驗次數，提高試驗成功率，降低測試成本，縮短研發周期。”該仿真平臺隨專著公開發布后，獲得業內人士廣泛關注。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。”徐豐深知，SAR圖像中體現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表的論文中，結合電磁散射理論和深度學習技術開發了SAR自動目標識別算法，在標準數據集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，令徐豐對教學產生了新的認知。他認為，教材固然是已經成熟的體系，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，是培養高層次人才的關鍵因素。沒有志向和遠見是做不成事業的。“學生是需要引導的，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。”

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。

除了繼續做好之前的工作，他還希望在高分辨率極化SAR的災害監測上取得一定突破。挑戰自然會有，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。