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【科学讲座】王宇:穿云透雾的太空千里眼

2018年11月15日晚7点,中国科学院大学科学前沿进展名家系列讲座Ⅲ第171讲在玉泉路校区阶一5教室如期举行。来自中国科学院电子学研究所的王宇研究员走上讲台,为我们带来了名为“穿云透雾的太空千里眼”的精彩讲座。

王老师先从“什么是雷达”开始讲起。Radar,即无线电探测装置。雷达可以应用于卫星、飞机、地面等地方,而今天王老师主要讲的是星载成像雷达,也就是装载在卫星上用于成像的雷达。

讲到成像雷达(SAR),我们首先要知道它是一种主动式微波传感器。现在的星载成像雷达已经可以做到全天时全天候工作,并完成高分辨对地成像、多维对地成像、地表形变测量等工作目标。时至今日,SAR已成为实现全球军事战略、战术侦查、全球自然资源普查、自然灾害监测等任务的必要战略遥感手段。雷达相比光学探测优点在于它可以穿透云层等阻碍,较为真实地反应地面状况。这一优点源于它先得到微波反射的噪声图像,再由信号处理专家之手转化成可视化图像;并且随着波长的增大,雷达的穿透作用就越强。

王老师接着给我们讲起星载成像雷达的发展。全球星载雷达的起点是美国的SEASAT卫星。时至今日,世界各国都耗费大量精力来发展星载雷达,而研究的热点也放在提高观测效能上。高分辨率宽幅成像技术就是一种用于提升观测效能的技术。传统的雷达探测有两种模式:高分窄幅的滑动聚束模式和低分宽幅的扫描模式。要实现“看得清也看得宽”的美好期盼,高分辨率宽幅成像技术是一个很好的选择。中国已经研发出世界上通道最多、幅宽最大的星载成像雷达,将于明年发射升空。但是高分宽幅成像技术也有它的局限之处,如虚假成像等,并在军事领域带来了很大不便。现在,高分宽幅成像技术面临的技术挑战有非线性信号处理、高分宽幅成像模式设计与性能优化、星上实时数据采集与数据压缩等技术。

另外一种可用于雷达的高新技术是3D成像技术。要完成3D成像,我们需要像人一样用两只眼睛来观察,这就出现了两种卫星雷达模式:单星双天线与双星双天线,而这两种雷达模式也各有弊端。王老师用了一个很简单的比喻向我们展示了单星双天线的困难之处:你很难用一根棍子挑起500ml矿泉水很长时间,卫星承载长天线也是如此;而双星双天线的困难在于如何做到同步、同相位。3D成像技术可运用于地质灾害探测、城市地表探测、重大工程项目监测等任务。

    讲座即将结束,同学们积极提出问题,而王老师也认真回答了同学们的问题。之后,同学们爆发出热烈的掌声,讲座圆满结束。(文/马圣钦  作者系国科大记者团成员)

延伸阅读:

“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月,是中国科学院大学为本科生开设的必修课程,同时欢迎研究生与教职工参加,由中国科学院大学本科部主办,讲座召集人为徐涛院士。该课程按照数学、物理、化学等13个专业,邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展,让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展,拓宽学生的学术视野,为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。