——记上海交通大学信号处理与系统研究所副研究员王开志

　　本刊记者  刘婉茹
　　
　　
　　

　　
　　英国著名的散文家、哲学家培根曾言：“读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，科学使人深刻，伦理学使人庄重，逻辑修辞使人善辩，凡有所学，皆成性格。”
　　工作之余，王开志反复阅读《资治通鉴》《史记》等历史著作，每次阅读都会有新的体悟。他说，读史可以见今，历史上有很多人物，当年也是面临着无法想象的困难，但是最后都扛过来了。在科研方面，两弹一星的元勋们，当年在研发原子弹、氢弹时所面临的困难更大，没有研究资料，没有技术设备，但是他们却凭借自己对科研的热爱，对国家的责任感，创造了一系列优秀的科研成果。如今的科研环境越来越好，有各种各样的仪器设备，还有较为充分的科研资金保障，王开志觉得如今遇到的困难相较于前人来说都不值一提，而他所要做的就是静心于科研之中，做出更多有创新性的科研成果。
　　从事科研以来，他不畏艰难，在这条路上创新着、实践着，在合成孔径雷达信号处理和合成孔径雷达（SAR）图像理解等方面做出了诸多突破，为保障我国的国防安全以及人民的生命健康安全方面做出了不懈努力。他说，作为一名科研人，立足实际、创新前行是一生奋斗的目标，在上海交通大学信号处理与系统研究所这一研究平台之上，王开志仍在尽情挥洒着自己满腔的科研热情，在科研征程中不懈开拓着。
　　

以生物医学工程为起点

　　一直以来，王开志对基础医学情有独钟。在高中时期，他的生物学和化学成绩尤其优秀。1995年9月，王开志顺利考取了西安电子科技大学，成为了学校生物医学工程专业的第一届本科生，在这里打下了坚实的专业基础。因为对这一专业有着不变的热情，而生在北方的王开志也想要去南方的高校看一看，在专业方面进行更加深入的学习。结合之前的学习经验，本科毕业后，王开志又考取了东南大学生物医学工程专业的研究生，并在这里寻找到了自己一生执着的科研方向。
　　东南大学位于江苏省南京市，是中国最早建立的高等学府之一，素有“学府圣地”和“东南学府第一流”之美誉。20世纪90年代，东南大学生物电子学国家重点实验室正式成立，其在生物医学工程方面处于全国领先地位。
　　在东南大学就读期间，王开志的主要研究方向是生物信号处理，并在机缘巧合之下接触到了合成孔径雷达，王开志介绍，医学成像和医学影像是生物医学工程领域的一个重要分支，现在医学中所用的X光、CT、B超等都与雷达成像有一定的相似性，其中，B超的成像原理与雷达成像相似度极高，而他在生物电子学领域所积累的研究经验，也为他顺利融入合成孔径雷达领域打下了坚实的基础。
　　硕士毕业后，王开志又考取了上海交通大学电子工程系的博士研究生，在合成孔径雷达方面积累了丰富的经验，博士毕业后，王开志正式留校，继续投入在这一领域的研究中。
　　

合成孔径雷达应用广泛

　　“其实，合成孔径雷达成像是一种广义的成像技术。通常，在进行光学成像时，科学家会用透镜把光聚焦起来，以此来得到光学的图像。但是透镜对于微波成像并没有聚焦作用，这时候就需要利用一些特殊的技术手段，比如说用计算机把微波信号采集起来，用计算机程序，通过一定处理，来获得微波图像。事实上，微波成像与光学成像的道理是一样的，过程也极为相似，唯一的差别在于波长不一样。光波波长一般为500多个纳米，微波的波长基本上在厘米这一量级。所以，微波图像与我们日常视觉看到的图像也有差别，在这种情况下，就需要通过合成孔径雷达，也就是SAR的图像理解工作，来辅助人们看懂微波图像。”王开志说。
　　而微波成像的意义何在呢？王开志解释道：合成孔径雷达可以扩展我们的视觉，一般人类的眼睛只能看到可见光的范围，但是合成孔径雷达却可以让我们看到微波世界的图像是怎样的，这就是一个基本的意义。除此之外，其在实际应用中也具有广泛的价值。
　　在军事应用方面，因为合成孔径雷达是一种高分辨率成像雷达，不受任何气象、光照的影响，可以在能见度极低的气象条件下得到类似光学照相的高分辨雷达图像，具有很好的穿透性能，能实现全天候的成像，在军事作战时，即使在黑夜或者天空云雨密布的情况下，只要利用合适的微波频率照射对方，就可以获得对方的微波图像，从而看清楚敌方的军事设施、作战态势等。
　　在民用方面，地图的测绘、高层的测量、植被、土壤的水含量，以及违章建筑的处理，都可以用到合成孔径雷达。值得一提的是，2008年汶川地震时，因为下雨，震区道路堵塞，导致救援队伍无法了解震区的情况，在这种情形下，国家调用了雷达卫星对震区进行微波成像，第一时间弄清楚了汶川灾区的破坏程度，由此可见合成孔径雷达的应用价值之大。
　　

深入合成孔径雷达研究

　　掌握新技术，要善于领悟，更要善于创新。从硕士开始接触到合成孔径雷达研究到现在，王开志一直在这一领域脚踏实地前行着。日积月累的创新、钻研，他与团队成员们携手取得了一系列科研突破，合成孔径雷达的光学信号处理技术就是其中之一。
　　合成孔径雷达的首次使用是在20世纪50年代后期，它从诞生到现在，也经历了将近70年的历史，它的分辨率与成像的幅宽都得到了大幅提升，与此同时，对处理系统的要求也就越来越高。
　　王开志说：“合成孔径雷达的应用往往要求我们能够在卫星上、飞机上以及空间站当中实现复杂的信号处理，现如今能够完成这种复杂信号处理的计算机或CPU可谓是凤毛麟角，特别在严苛环境条件下，还要考虑到多方面的约束。”
　　在这种情况下，王开志团队提出了将合成孔径雷达数据调制在光上这一想法。因为光学成像系统非常发达且成熟，如果用合成孔径雷达的信息或者信号调制在光上面，然后用光学器件来实现合成孔径雷达的聚焦，再通过后端的照相机进行拍摄，就可以直接得到图像。通过这种方式，可以显著改善成像的复杂度以及系统预算的效率，这项研究也得到了国家高技术研究发展计划的支持，并获得了省部级奖励。
　　在新体制雷达的探测研究方面，王开志及其团队也取得了创新性突破。在王开志的介绍下，记者了解到：雷达技术从原则上来说，是一种仿生学技术，自然界中的蝙蝠金鱼海豚等，都是靠回声定位来实现目标探测的，雷达也是这个道理。自然界中的生物，也不是简单发出声音，然后听到回声这么简单，根据它探测的目的和被探测的目标的不同，其所发出去的声音也是有很大差别的。例如蝙蝠，在平时飞行的时候，如果周围没有障碍物，它发出的是一种声音。而要捕食的时候，特别是已经发现了猎食的对象，去把它抓住的过程中，它探测用到的声音信号也是截然不同的。
　　这种现象启发了王开志团队。他说：“因为现在的雷达只是发射能量、接触能量、接收能量，根据接收能量的多少判断有没有目标或者把能量聚集起来看目标的形态，其实我们更应该根据目标的特征属性来设计不同的波形，以适应目标场合，这样的话，在雷达发射的能量上以及我们获取的信息量上就能达到最优。”多年前，王开志团队就提出了“绿色雷达”这一研究方向，即通过放射最小的能量，获取最多的信息量，通过改变现在发射雷达信号的形式来获取更多的信息。在这一研究基础之上，王开志团队希望能在雷达动物仿生学方面的研究中更进一步，向生物学的原理靠拢，这一研究也得到了相关部门的支持。
　　除此之外，王开志团队还多年致力于合成孔径新体制的微波成像技术研究。“在合成孔径雷达成像中，最关键的问题就是合成孔径，而要想合成这一孔径，就必须要雷达与目标之间产生相对运动，但这种运动并不是在什么时候都可以轻易实现的。例如，我们将雷达装在同步轨道卫星上，从理论上来讲，同步轨道卫星对地面是相对静止的，即便有运动，相对运动速度也非常低，如果想要在那么高的轨道上实现微波成像，有着极大的难度。”王开志说。
　　在这种情况之下，王开志团队提出，在不动的情况下直接来实现成像。这种成像被称之为微波凝视成像。他们对比了光学与微波之间的对应关系，提出了波前调制的概念，通过利用高斯波束以及等离子体的波前调制技术，让雷达波束照在地面上的时候不再像传统那样一成不变，可以根据不同需求让它灵活变化，通过变化的雷达波束，再辅助于一系列的数学方法，可以在目标与雷达相对静止的情况下繁衍出成像的场景，以此作为突破点进行科学研究。
　　另外，因为合成孔径雷达的成像性能或图像数据质量的评估与评价是各类SAR应用的基础，目前对SAR系统所进行的成像质量评价普遍采用点目标作为对象。这种方式简单有效，特别适合对雷达系统的性能和指标进行测试。但点目标的成像结果对一般性被探测目标的成像效果却难以有效发挥预测或指导作用，这主要是由于SAR探测所采用的微波信号相对于可见光而言波长较长，与实际目标之间的作用关系复杂，相比之下点目标太过理想化简单化，在其成像结果中难以反映SAR传感器对复杂目标的成像性能及可能的效果。
　　王开志团队针对SAR系统的成像性能和一般性被探测目标的SAR图像数据质量的评价问题，提出了一种采用非点目标作为图像数据质量评价对象的思路，建立了以空间频率调制度比为核心的面目标SAR成像质量评价方法及相关的实施技术途径。他们尝试建立面向SAR图像数据解译和应用的SAR图像数据质量评价方法和SAR系统成像质量的评价方法。这些评价方法将为SAR图像数据的应用以及SAR系统的设计以及侦照参数的优化配置提供定量化的指标和参考。
　　

倾心培育科研人才

　　“知识创新需要的是独立的个性化思考和个性化发展，不在于人多力量大，而在于每个人都能够知其所长，朝着自己喜欢的个性化的方向发散思维、去创新、去发展，为团队所致力的领域方向提供创造性的思路或者想法。”王开志说。
　　现如今，王开志的科研团队大约有5位成员，虽然规模不大，但团队每个成员都有自己所擅长的方向。团队运作模式灵活，合作也非常融洽，多年来，大家一起在这一领域协同奋进，将一个个美好的科研想法变成现实，在这样一个团队中从事科研工作，王开志深感幸运和幸福。
　　科研之外，王开志还担负着培养新时期科研人才的职责。因为自己也是从本科、硕士、博士一路走来，所以非常明白学生最需要的是什么。研究生时期，是学生科研生涯的起点，作为一名研究生导师，王开志认为应该首先帮学生寻找一个最适合其发展的方向，这一方向不仅要契合其未来的就业和职业的发展、适应国家科研发展的大方向，也要根据实验室相应的实验装备和财力而展开，以便能更好地支持他们的研究。
　　其次，王开志还非常注意培养学生负责任的态度。“作为一名科研人，他们不仅要对自己研究的领域和方向负责，也要对自己的行为和后果负责。特别是在科学研究中，有很多与外界科研伙伴合作和交流的机会，在这一过程中培养学生的协调组织能力，以及为自己的科研工作负责的态度也是尤为重要的。”王开志表示。
　　此外，王开志还致力于培养学生从事科研工作的自豪感，他希望学生们在学校学习的科研知识能够让他们有实力也有底气做出一番成绩，让他们明白自己并不比别人差。有了这些方方面面的历练，学生走入社会就会更加有底气。
　　现如今国家的科研环境越来越好，王开志认为未来高校更应该注重科研角色的转换，引领科学发展趋势，在国家支持产学研结合的大背景下与科研院所合作，共同为国家的发展贡献科研力量。而他身为千千万万科研工作者中的一员，也会始终坚守着实事求是、创新开拓的精神，为我国合成孔径雷达科学研究更好地造福祖国发展而竭尽全力！