【科学讲座】王宇带本科生领略太空中的千里眼

  • 文/雷明宇 图/雷明宇 (国科大记者团) (本科部)
  • 创建于 2017-11-03
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  2017年11月2日晚7点,中国科学院大学玉泉路校区阶一五教室如期迎来了科学前沿进展名家系列讲座第97讲。本次讲座由中国科学院大学博士生导师、中国科学院电子研究所研究员王宇主讲。王宇从雷达的具体定义入手,通过讲述星载雷达成像技术、高分辨率宽幅成像技术、3D成像技术等前沿技术的原理与重要应用,向同学们介绍了成像雷达这一“放在太空的千里眼”的特点及其在当下发挥的关键作用。

  进入主题之前,王宇先向同学们讲述了战国时期军事家孙膑运用“减灶增兵”在马陵之战中大胜庞涓之师的故事。“庞涓战败的原因可以解释为二者战略信息的不对称”,王宇从另一个角度表达了他对这一经典战役的理解,“通过航天雷达,我们可以实时获取信息,了解对方,占据战略优势地位。如果庞涓拥有这双‘千里眼’,历史必将改写。”

  雷达(RADAR),即无线电探测和测距,指用无线电的方法发现目标并确定其空间位置。王宇从其工作频段、探测原理等方面讲起,引出了本次讲座的主题——雷达成像技术。讲座涉及星载成像雷达技术发展、高分辨率宽幅成像技术、3D成像技术、极化成像技术等等。王宇老师首先以一张清晰立体可辨的北京鸟巢和水立方图像为引,向同学们介绍了SAR(合成孔径雷达)。SAR是一种全天时全天候工作的主动式微博传感器,“这张图上是一个美国的军事基地,我们可以清楚地看到这里停留的飞机的机翼轮廓以及旁边的车辆”,王宇用事实告诉了同学们SAR雷达的高分辨率特点。之后,他也讲述了SAR 在地表形态测量,如地震后地表形态监测等方面的应用。

  讲座期间,王宇重点介绍了微波雷达的3D成像技术及其工作原理。为体现这项技术的意义,他首先向同学们展示了成像雷达拍出的二维图像。由于二维拍摄时,雷达拍摄时将一栋高楼的高度投影到地面上,造成了图像中难以辨认的明暗影像,科学家们因此意识到了发展3D成像技术的必要性。科学家们受人眼启发,主要分为美国的“单星双天线”、德国的“双星双天线”两种思路,它们均要使用两个成像雷达装置,正如人类的两只眼睛,来实现立体成像。为了解决空间轨道探测中单星和双星的震颤,双星的相撞、对准等等问题,科学家们对此做出了很大努力。“假想你和你的朋友并排在马路上骑单车,如果要两个人时刻稳定地同时用手电筒对准同一个地方,这将是非常困难的”,王宇老师用这一个形象的比喻告诉了同学们3D成像技术实践的困难所在。德国的“双星双天线”成功地将地面物体高度的分辨率精确到2m,是成像技术发展的一项重大进步。目前我国也在进行3D成像技术的研究,并取得了很大进展。

  航天成像雷达的应用潜力也是巨大的,“在地质灾害监测、城市地表监测以及重大工程实施中,‘千里眼’都发挥了很大作用”。王宇老师列举了汶川地震中的24小时生死救援道路选择问题,北京上海等大城市地铁沿线地表的沉降问题,以及矿井入口处地表相较周围山体的突出变化等雷达观测得到的结果分析。这些例子使在座的同学们深刻体会到了雷达技术对人类生产生活的深远影响。王宇老师也谈到了这些技术应用过程中的技术挑战,如非线性信号的处理与优化、实时数据采集与数据压缩等等,就此表达了对同学们的期望,以及对未来技术发展方向的看法。

  讲座最后,同学们积极就讲座中涉及的3D成像技术、杂波噪声过滤技术等等进行提问,王宇耐心地一一进行讲解,并且与同学们互动,提问环节气氛十分热烈。讲座在同学们的掌声中圆满结束,结束后仍有同学留在教室里与王宇老师就讲座中的问题、以及专业方向等进行进一步的探讨。

主讲人简介:

王宇,中国科学院电子学研究所研究员、中国科学院大学岗位教授。研究方向:航天微波成像雷达。研究简介: 在星载成像雷达领域,发表学术论文150余篇。曾获中国科学院百人计划、国家万人计划、国家创新人才计划-中青年领军人才、中国科学院特聘研究员。

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,讲座召集人为周琪院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机、天文、电子信息工程等专业,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。

责任编辑:李剑