劉婉茹

英國(guó)著名的散文家、哲學(xué)家培根曾言：“讀史使人明智，讀詩(shī)使人靈秀，數(shù)學(xué)使人周密，科學(xué)使人深刻，倫理學(xué)使人莊重，邏輯修辭使人善辯，凡有所學(xué)，皆成性格?！?/p>

工作之余，王開(kāi)志反復(fù)閱讀《資治通鑒》《史記》等歷史著作，每次閱讀都會(huì)有新的體悟。他說(shuō)，讀史可以見(jiàn)今，歷史上有很多人物，當(dāng)年也是面臨著無(wú)法想象的困難，但是最后都扛過(guò)來(lái)了。在科研方面，兩彈一星的元?jiǎng)讉?，?dāng)年在研發(fā)原子彈、氫彈時(shí)所面臨的困難更大，沒(méi)有研究資料，沒(méi)有技術(shù)設(shè)備，但是他們卻憑借自己對(duì)科研的熱愛(ài)，對(duì)國(guó)家的責(zé)任感，創(chuàng)造了一系列優(yōu)秀的科研成果。如今的科研環(huán)境越來(lái)越好，有各種各樣的儀器設(shè)備，還有較為充分的科研資金保障，王開(kāi)志覺(jué)得如今遇到的困難相較于前人來(lái)說(shuō)都不值一提，而他所要做的就是靜心于科研之中，做出更多有創(chuàng)新性的科研成果。

從事科研以來(lái)，他不畏艱難，在這條路上創(chuàng)新著、實(shí)踐著，在合成孔徑雷達(dá)信號(hào)處理和合成孔徑雷達(dá)（SAR）圖像理解等方面做出了諸多突破，為保障我國(guó)的國(guó)防安全以及人民的生命健康安全方面做出了不懈努力。他說(shuō)，作為一名科研人，立足實(shí)際、創(chuàng)新前行是一生奮斗的目標(biāo)，在上海交通大學(xué)信號(hào)處理與系統(tǒng)研究所這一研究平臺(tái)之上，王開(kāi)志仍在盡情揮灑著自己滿腔的科研熱情，在科研征程中不懈開(kāi)拓著。

以生物醫(yī)學(xué)工程為起點(diǎn)

一直以來(lái)，王開(kāi)志對(duì)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)情有獨(dú)鐘。在高中時(shí)期，他的生物學(xué)和化學(xué)成績(jī)尤其優(yōu)秀。1995年9月，王開(kāi)志順利考取了西安電子科技大學(xué)，成為了學(xué)校生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的第一屆本科生，在這里打下了堅(jiān)實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。因?yàn)閷?duì)這一專(zhuān)業(yè)有著不變的熱情，而生在北方的王開(kāi)志也想要去南方的高?？匆豢?，在專(zhuān)業(yè)方面進(jìn)行更加深入的學(xué)習(xí)。結(jié)合之前的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，本科畢業(yè)后，王開(kāi)志又考取了東南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的研究生，并在這里尋找到了自己一生執(zhí)著的科研方向。

東南大學(xué)位于江蘇省南京市，是中國(guó)最早建立的高等學(xué)府之一，素有“學(xué)府圣地”和“東南學(xué)府第一流”之美譽(yù)。20世紀(jì)90年代，東南大學(xué)生物電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正式成立，其在生物醫(yī)學(xué)工程方面處于全國(guó)領(lǐng)先地位。

在東南大學(xué)就讀期間，王開(kāi)志的主要研究方向是生物信號(hào)處理，并在機(jī)緣巧合之下接觸到了合成孔徑雷達(dá)，王開(kāi)志介紹，醫(yī)學(xué)成像和醫(yī)學(xué)影像是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，現(xiàn)在醫(yī)學(xué)中所用的X光、CT、B超等都與雷達(dá)成像有一定的相似性，其中，B超的成像原理與雷達(dá)成像相似度極高，而他在生物電子學(xué)領(lǐng)域所積累的研究經(jīng)驗(yàn)，也為他順利融入合成孔徑雷達(dá)領(lǐng)域打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

碩士畢業(yè)后，王開(kāi)志又考取了上海交通大學(xué)電子工程系的博士研究生，在合成孔徑雷達(dá)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，博士畢業(yè)后，王開(kāi)志正式留校，繼續(xù)投入在這一領(lǐng)域的研究中。

合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用廣泛

“其實(shí)，合成孔徑雷達(dá)成像是一種廣義的成像技術(shù)。通常，在進(jìn)行光學(xué)成像時(shí)，科學(xué)家會(huì)用透鏡把光聚焦起來(lái)，以此來(lái)得到光學(xué)的圖像。但是透鏡對(duì)于微波成像并沒(méi)有聚焦作用，這時(shí)候就需要利用一些特殊的技術(shù)手段，比如說(shuō)用計(jì)算機(jī)把微波信號(hào)采集起來(lái)，用計(jì)算機(jī)程序，通過(guò)一定處理，來(lái)獲得微波圖像。事實(shí)上，微波成像與光學(xué)成像的道理是一樣的，過(guò)程也極為相似，唯一的差別在于波長(zhǎng)不一樣。光波波長(zhǎng)一般為500多個(gè)納米，微波的波長(zhǎng)基本上在厘米這一量級(jí)。所以，微波圖像與我們?nèi)粘Ｒ曈X(jué)看到的圖像也有差別，在這種情況下，就需要通過(guò)合成孔徑雷達(dá)，也就是SAR的圖像理解工作，來(lái)輔助人們看懂微波圖像?！蓖蹰_(kāi)志說(shuō)。

而微波成像的意義何在呢？王開(kāi)志解釋道：合成孔徑雷達(dá)可以擴(kuò)展我們的視覺(jué)，一般人類(lèi)的眼睛只能看到可見(jiàn)光的范圍，但是合成孔徑雷達(dá)卻可以讓我們看到微波世界的圖像是怎樣的，這就是一個(gè)基本的意義。除此之外，其在實(shí)際應(yīng)用中也具有廣泛的價(jià)值。

在軍事應(yīng)用方面，因?yàn)楹铣煽讖嚼走_(dá)是一種高分辨率成像雷達(dá)，不受任何氣象、光照的影響，可以在能見(jiàn)度極低的氣象條件下得到類(lèi)似光學(xué)照相的高分辨雷達(dá)圖像，具有很好的穿透性能，能實(shí)現(xiàn)全天候的成像，在軍事作戰(zhàn)時(shí)，即使在黑夜或者天空云雨密布的情況下，只要利用合適的微波頻率照射對(duì)方，就可以獲得對(duì)方的微波圖像，從而看清楚敵方的軍事設(shè)施、作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)等。

在民用方面，地圖的測(cè)繪、高層的測(cè)量、植被、土壤的水含量，以及違章建筑的處理，都可以用到合成孔徑雷達(dá)。值得一提的是，2008年汶川地震時(shí)，因?yàn)橄掠?，震區(qū)道路堵塞，導(dǎo)致救援隊(duì)伍無(wú)法了解震區(qū)的情況，在這種情形下，國(guó)家調(diào)用了雷達(dá)衛(wèi)星對(duì)震區(qū)進(jìn)行微波成像，第一時(shí)間弄清楚了汶川災(zāi)區(qū)的破壞程度，由此可見(jiàn)合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用價(jià)值之大。

深入合成孔徑雷達(dá)研究

掌握新技術(shù)，要善于領(lǐng)悟，更要善于創(chuàng)新。從碩士開(kāi)始接觸到合成孔徑雷達(dá)研究到現(xiàn)在，王開(kāi)志一直在這一領(lǐng)域腳踏實(shí)地前行著。日積月累的創(chuàng)新、鉆研，他與團(tuán)隊(duì)成員們攜手取得了一系列科研突破，合成孔徑雷達(dá)的光學(xué)信號(hào)處理技術(shù)就是其中之一。

合成孔徑雷達(dá)的首次使用是在20世紀(jì)50年代后期，它從誕生到現(xiàn)在，也經(jīng)歷了將近70年的歷史，它的分辨率與成像的幅寬都得到了大幅提升，與此同時(shí)，對(duì)處理系統(tǒng)的要求也就越來(lái)越高。

王開(kāi)志說(shuō)：“合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用往往要求我們能夠在衛(wèi)星上、飛機(jī)上以及空間站當(dāng)中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信號(hào)處理，現(xiàn)如今能夠完成這種復(fù)雜信號(hào)處理的計(jì)算機(jī)或CPU可謂是鳳毛麟角，特別在嚴(yán)苛環(huán)境條件下，還要考慮到多方面的約束?！?/p>

在這種情況下，王開(kāi)志團(tuán)隊(duì)提出了將合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)調(diào)制在光上這一想法。因?yàn)楣鈱W(xué)成像系統(tǒng)非常發(fā)達(dá)且成熟，如果用合成孔徑雷達(dá)的信息或者信號(hào)調(diào)制在光上面，然后用光學(xué)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)合成孔徑雷達(dá)的聚焦，再通過(guò)后端的照相機(jī)進(jìn)行拍攝，就可以直接得到圖像。通過(guò)這種方式，可以顯著改善成像的復(fù)雜度以及系統(tǒng)預(yù)算的效率，這項(xiàng)研究也得到了國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃的支持，并獲得了省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。

在新體制雷達(dá)的探測(cè)研究方面，王開(kāi)志及其團(tuán)隊(duì)也取得了創(chuàng)新性突破。在王開(kāi)志的介紹下，記者了解到：雷達(dá)技術(shù)從原則上來(lái)說(shuō)，是一種仿生學(xué)技術(shù)，自然界中的蝙蝠金魚(yú)海豚等，都是靠回聲定位來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)的，雷達(dá)也是這個(gè)道理。自然界中的生物，也不是簡(jiǎn)單發(fā)出聲音，然后聽(tīng)到回聲這么簡(jiǎn)單，根據(jù)它探測(cè)的目的和被探測(cè)的目標(biāo)的不同，其所發(fā)出去的聲音也是有很大差別的。例如蝙蝠，在平時(shí)飛行的時(shí)候，如果周?chē)鷽](méi)有障礙物，它發(fā)出的是一種聲音。而要捕食的時(shí)候，特別是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了獵食的對(duì)象，去把它抓住的過(guò)程中，它探測(cè)用到的聲音信號(hào)也是截然不同的。

這種現(xiàn)象啟發(fā)了王開(kāi)志團(tuán)隊(duì)。他說(shuō)：“因?yàn)楝F(xiàn)在的雷達(dá)只是發(fā)射能量、接觸能量、接收能量，根據(jù)接收能量的多少判斷有沒(méi)有目標(biāo)或者把能量聚集起來(lái)看目標(biāo)的形態(tài)，其實(shí)我們更應(yīng)該根據(jù)目標(biāo)的特征屬性來(lái)設(shè)計(jì)不同的波形，以適應(yīng)目標(biāo)場(chǎng)合，這樣的話，在雷達(dá)發(fā)射的能量上以及我們獲取的信息量上就能達(dá)到最優(yōu)?！倍嗄昵?，王開(kāi)志團(tuán)隊(duì)就提出了“綠色雷達(dá)”這一研究方向，即通過(guò)放射最小的能量，獲取最多的信息量，通過(guò)改變現(xiàn)在發(fā)射雷達(dá)信號(hào)的形式來(lái)獲取更多的信息。在這一研究基礎(chǔ)之上，王開(kāi)志團(tuán)隊(duì)希望能在雷達(dá)動(dòng)物仿生學(xué)方面的研究中更進(jìn)一步，向生物學(xué)的原理靠攏，這一研究也得到了相關(guān)部門(mén)的支持。

除此之外，王開(kāi)志團(tuán)隊(duì)還多年致力于合成孔徑新體制的微波成像技術(shù)研究?！霸诤铣煽讖嚼走_(dá)成像中，最關(guān)鍵的問(wèn)題就是合成孔徑，而要想合成這一孔徑，就必須要雷達(dá)與目標(biāo)之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但這種運(yùn)動(dòng)并不是在什么時(shí)候都可以輕易實(shí)現(xiàn)的。例如，我們將雷達(dá)裝在同步軌道衛(wèi)星上，從理論上來(lái)講，同步軌道衛(wèi)星對(duì)地面是相對(duì)靜止的，即便有運(yùn)動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度也非常低，如果想要在那么高的軌道上實(shí)現(xiàn)微波成像，有著極大的難度。”王開(kāi)志說(shuō)。

在這種情況之下，王開(kāi)志團(tuán)隊(duì)提出，在不動(dòng)的情況下直接來(lái)實(shí)現(xiàn)成像。這種成像被稱(chēng)之為微波凝視成像。他們對(duì)比了光學(xué)與微波之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出了波前調(diào)制的概念，通過(guò)利用高斯波束以及等離子體的波前調(diào)制技術(shù)，讓雷達(dá)波束照在地面上的時(shí)候不再像傳統(tǒng)那樣一成不變，可以根據(jù)不同需求讓它靈活變化，通過(guò)變化的雷達(dá)波束，再輔助于一系列的數(shù)學(xué)方法，可以在目標(biāo)與雷達(dá)相對(duì)靜止的情況下繁衍出成像的場(chǎng)景，以此作為突破點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)研究。

另外，因?yàn)楹铣煽讖嚼走_(dá)的成像性能或圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)估與評(píng)價(jià)是各類(lèi)SAR應(yīng)用的基礎(chǔ)，目前對(duì)SAR系統(tǒng)所進(jìn)行的成像質(zhì)量評(píng)價(jià)普遍采用點(diǎn)目標(biāo)作為對(duì)象。這種方式簡(jiǎn)單有效，特別適合對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的性能和指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。但點(diǎn)目標(biāo)的成像結(jié)果對(duì)一般性被探測(cè)目標(biāo)的成像效果卻難以有效發(fā)揮預(yù)測(cè)或指導(dǎo)作用，這主要是由于SAR探測(cè)所采用的微波信號(hào)相對(duì)于可見(jiàn)光而言波長(zhǎng)較長(zhǎng)，與實(shí)際目標(biāo)之間的作用關(guān)系復(fù)雜，相比之下點(diǎn)目標(biāo)太過(guò)理想化簡(jiǎn)單化，在其成像結(jié)果中難以反映SAR傳感器對(duì)復(fù)雜目標(biāo)的成像性能及可能的效果。

王開(kāi)志團(tuán)隊(duì)針對(duì)SAR系統(tǒng)的成像性能和一般性被探測(cè)目標(biāo)的SAR圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)問(wèn)題，提出了一種采用非點(diǎn)目標(biāo)作為圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)象的思路，建立了以空間頻率調(diào)制度比為核心的面目標(biāo)SAR成像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法及相關(guān)的實(shí)施技術(shù)途徑。他們嘗試建立面向SAR圖像數(shù)據(jù)解譯和應(yīng)用的SAR圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法和SAR系統(tǒng)成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法。這些評(píng)價(jià)方法將為SAR圖像數(shù)據(jù)的應(yīng)用以及SAR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及偵照參數(shù)的優(yōu)化配置提供定量化的指標(biāo)和參考。

傾心培育科研人才

“知識(shí)創(chuàng)新需要的是獨(dú)立的個(gè)性化思考和個(gè)性化發(fā)展，不在于人多力量大，而在于每個(gè)人都能夠知其所長(zhǎng)，朝著自己喜歡的個(gè)性化的方向發(fā)散思維、去創(chuàng)新、去發(fā)展，為團(tuán)隊(duì)所致力的領(lǐng)域方向提供創(chuàng)造性的思路或者想法?！蓖蹰_(kāi)志說(shuō)。

現(xiàn)如今，王開(kāi)志的科研團(tuán)隊(duì)大約有5位成員，雖然規(guī)模不大，但團(tuán)隊(duì)每個(gè)成員都有自己所擅長(zhǎng)的方向。團(tuán)隊(duì)運(yùn)作模式靈活，合作也非常融洽，多年來(lái)，大家一起在這一領(lǐng)域協(xié)同奮進(jìn)，將一個(gè)個(gè)美好的科研想法變成現(xiàn)實(shí)，在這樣一個(gè)團(tuán)隊(duì)中從事科研工作，王開(kāi)志深感幸運(yùn)和幸福。

科研之外，王開(kāi)志還擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)新時(shí)期科研人才的職責(zé)。因?yàn)樽约阂彩菑谋究?、碩士、博士一路走來(lái)，所以非常明白學(xué)生最需要的是什么。研究生時(shí)期，是學(xué)生科研生涯的起點(diǎn)，作為一名研究生導(dǎo)師，王開(kāi)志認(rèn)為應(yīng)該首先幫學(xué)生尋找一個(gè)最適合其發(fā)展的方向，這一方向不僅要契合其未來(lái)的就業(yè)和職業(yè)的發(fā)展、適應(yīng)國(guó)家科研發(fā)展的大方向，也要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝備和財(cái)力而展開(kāi)，以便能更好地支持他們的研究。

其次，王開(kāi)志還非常注意培養(yǎng)學(xué)生負(fù)責(zé)任的態(tài)度?！白鳛橐幻蒲腥?，他們不僅要對(duì)自己研究的領(lǐng)域和方向負(fù)責(zé)，也要對(duì)自己的行為和后果負(fù)責(zé)。特別是在科學(xué)研究中，有很多與外界科研伙伴合作和交流的機(jī)會(huì)，在這一過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)調(diào)組織能力，以及為自己的科研工作負(fù)責(zé)的態(tài)度也是尤為重要的?！蓖蹰_(kāi)志表示。

此外，王開(kāi)志還致力于培養(yǎng)學(xué)生從事科研工作的自豪感，他希望學(xué)生們?cè)趯W(xué)校學(xué)習(xí)的科研知識(shí)能夠讓他們有實(shí)力也有底氣做出一番成績(jī)，讓他們明白自己并不比別人差。有了這些方方面面的歷練，學(xué)生走入社會(huì)就會(huì)更加有底氣。

現(xiàn)如今國(guó)家的科研環(huán)境越來(lái)越好，王開(kāi)志認(rèn)為未來(lái)高校更應(yīng)該注重科研角色的轉(zhuǎn)換，引領(lǐng)科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，在國(guó)家支持產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的大背景下與科研院所合作，共同為國(guó)家的發(fā)展貢獻(xiàn)科研力量。而他身為千千萬(wàn)萬(wàn)科研工作者中的一員，也會(huì)始終堅(jiān)守著實(shí)事求是、創(chuàng)新開(kāi)拓的精神，為我國(guó)合成孔徑雷達(dá)科學(xué)研究更好地造福祖國(guó)發(fā)展而竭盡全力！