在四川瀘定地震后厚重的云層之上，一顆名為“巢湖一號”的中國衛星悄然調整姿態，向震區投射出無形的雷達波束。不久后，一組清晰的地表影像被成功回傳，為搶險救災提供了至關重要的“云下之眼”。
支撐這顆衛星穩定成像的核心技術之一，源自西安電子科技大學雷達信號處理全國重點實驗室孫光才教授團隊提出的“星載SAR多域仿射尺度變換成像理論”，它突破了傳統星載合成孔徑雷達（SAR）成像的理論桎梏，顯著提升了我國對地觀測的能力。不久前，這一創新成果榮獲中國電子學會自然科學二等獎。
給衛星裝上“高清矯正鏡”
合成孔徑雷達（SAR），被譽為能穿透云雨、無視晝夜的“天眼”。然而，當人類對衛星觀測提出更高要求——追求更高的分辨率，或是將衛星部署到數萬公里高的軌道實現超大幅寬觀測時，傳統的成像理論便捉襟見肘。
“傳統的星載SAR成像，基于雷達直線飛行和地表平坦的理想假設。”孫光才解釋道，“這就好比用一套固定參數的眼鏡看世界。當衛星軌道顯著彎曲、地表呈現明顯的球面曲率，或者雷達信號帶寬極大時，這套‘眼鏡’就失效了。”失效的后果是圖像出現模糊、扭曲、重影，邊緣區域尤其嚴重，如同近視散光者眼中的世界。
2007年，孫光才師從邢孟道攻讀博士。在一次研討中，孫光才突發奇想：“電磁波與衛星運動的時空耦合，是否正是突破‘一步一停’模型和窄帶信號假設的關鍵？”這個大膽的設想，最終成為國家自然科學基金重大項目的核心課題。
破壁的征程始于最基礎的理論重構。團隊直面軌道彎曲的復雜幾何現實，一磚一瓦地構建起能夠精確刻畫高軌衛星復雜運動與地球真實形態的三維模型，為超大幅寬成像奠定了堅實的幾何基礎，解開了導致圖像畸變的第一重枷鎖。
更大的挑戰在于信號的“心跳”。超高分辨率意味著巨大的信號帶寬，高速運動的衛星平臺則讓信號收發的過程充滿動態變化。傳統理論對此的簡化處理，如同對一首復雜交響樂只記錄8比特音符。孫光才團隊深入剖析了衛星連續高速飛行與大帶寬信號傳播之間精密的時空耦合關系，精準刻畫了由此產生的強非線性信號調制特性，為衛星的“聽覺”系統繪制了最精密的聲譜圖。這是解鎖超高分辨率成像奧秘的第二把鑰匙。
模型精確了，調制特性清晰了，最終需要強大的“大腦”來處理這一切。團隊創新性地提出了“多域仿射尺度變換”這一核心理論，并據此發明了全新的成像處理方法。這套方法如同“高清矯正鏡”，能夠將因復雜運動和地形導致的“散焦”信號，在整個觀測場景內統一、精確地“聚焦”還原，使圖像的邊緣與中心同樣清晰銳利，徹底解決了困擾已久的“近視散光”難題。
十三年 他們從理論到實證
2020年底，團隊接到緊急任務——某關鍵型號衛星即將發射，團隊研發的新理論正好可以在其上得到驗證。然而，由于項目高度敏感，團隊在衛星發射前一刻才接到消息。“衛星12月28號突然上天了，我們毫無準備，連基本參數都沒有。”孫光才回憶道，當時他恰在北京出差，聞訊立刻取消返程，直撲調試現場。
最初兩周，調試進展極其艱難。傳統方法完全失效，新方法的參數調整如同大海撈針。時間一天天過去，屏幕上依然只有雪花般的噪點。巨大的壓力下，多家團隊陸續選擇撤離。“那種絕望感，至今難忘。看著空蕩蕩的座位，懷疑自己是不是走錯了方向。”孫光才說。
餓了，啃口面包，困了，在椅子上瞇一會兒，他們抓住每天允許調試的短暫窗口，爭分奪秒地分析、推演、仿真。
轉機出現在第三周。經過無數次失敗和微調，屏幕上終于跳出了期待已久的圖像輪廓。隨著參數進一步優化，影像越來越清晰，細節纖毫畢現，這標志著團隊的理論和技術經受住了最嚴苛的在軌驗證，達到了國際公開報道的SAR衛星最高分辨率水平。
超高分辨率衛星示意圖。西安電子科技大學供圖
從理論雛形到太空實證，這條荊棘之路，他們走了13年。
“千里眼”守護地震生命線
2022年9月5日12時52分，四川甘孜瀘定縣發生6.8級強震，震區山體崩塌滑坡嚴重，且被厚厚云層籠罩，光學衛星束手無策。關鍵時刻，搭載了孫光才團隊核心成像處理技術的“巢湖一號”和“海絲一號”SAR衛星臨危受命。它們憑借強大的穿透云層能力，在短時間內成功獲取了35景高質量的震區雷達影像。
這些寶貴的數據被第一時間提供給相關部門，為研判災情、評估次生災害風險和指導救援提供了關鍵的信息支撐。
類似的場景在2023年土耳其強震后再次上演。在余震不斷、災情不明的危急時刻，“巢湖一號”衛星再次緊急成像，快速獲取了震中周邊區域的雷達遙感影像，為國際救援提供了來自中國衛星的清晰“圖景”。
機載超高分辨率試驗圖像。西安電子科技大學供圖
這穿透云霧的“千里眼”，在關鍵時刻守護著人民生命財產安全，展現了中國科技的溫度與擔當。項目技術已成功應用于多個國產星載SAR系統，持續服務于國土資源調查、環境監測、海洋觀測等多個領域。
“頂尖的工程創新，往往誕生于最棘手的難題”
團隊成員蘭朋偉是在孫光才團隊中一步步成長起來的。他回憶道，在參與某重要機載SAR項目的聯試聯調中，成像結果出現了難以解釋的系統性偏移。理論推導、仿真驗證、反復比對……最終，他們鎖定了一個被所有人忽視的環節——雷達系統在記錄高速連續脈沖時，存在微小的數據間隙未被正確處理。這個“非專業”的細微瑕疵，正是導致成像偏移的“元兇”。
在導師的指導下，蘭朋偉不僅用嚴謹的數學推導證明了問題根源，還通過仿真復現了故障現象，為系統改進提供了依據。“頂尖的工程創新，往往誕生于解決那些最棘手的、看似‘非專業’的實際難題。”這次經歷，讓蘭朋偉深刻領悟了孫光才常說的這句話。
孫光才團隊合影。西安電子科技大學供圖
如今，團隊的一批批優秀畢業生奔赴祖國科研一線，成為支撐中國雷達事業薪火相傳、不斷超越的新銳力量。
站在新的起點，孫光才團隊正致力于將星載SAR成像技術推向新的高度，探索三維成像等更豐富的信息獲取手段，并積極研究如何與人工智能等新興技術深度融合，進一步提升衛星對地觀測的智能化水平和信息提取效率。
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