前沿基础研究：实验室在星载海洋动力环境遥感测量方面取得新进展

工作简短介绍：中国空间技术研究院、中国海洋大学和实验室李真芳教授共同承担的国家自然科学基金重点项目“基于星载复眼 SAR 的海面流场二维测量机理和方法研究”顺利通过结题答辩，专家评审结果为“优秀”。项目执行期间，共发表 45 篇高影响力论文，申请 20 项相关专利，研究成果获得高度认可。

研究概述：海流是海洋动力环境探测中最基本、最重要的要素之一。掌握和预测全球海流规律，不仅能为全球气候变化监测、大尺度大气-海洋相互作用研究提供关键数据支撑，也对渔业、航运、排污和军事等领域具有重要意义。

然而，海面环境存在多要素、多尺度现象的相互耦合，时空变化复杂，对星载SAR系统提出了更高要求：需要具备系统灵活、高时空同步性、多方位角的海洋环境监测能力。传统星载 SAR 系统在海面流场测量时，存在系统成像模型与海面多尺度特征不匹配、反演流场和风场信息维度不足、复杂海况下海面流场反演模型不精确等问题，难以满足高精度二维流场测量需求。

针对上述难题，项目组提出复眼 SAR 系统解决方案。该系统具有灵活多基线的特点，能够同时获取海面不同方位角下的散射特征、多普勒谱、干涉相位等信息，通过多次解耦，将现有的一维流场测量提升至二维测量，并显著提高测量精度。

图 1 复眼 SAR 构型海面流场测量观测机理

项目围绕星载复眼 SAR 测量海面二维流场机理的核心科学问题，从以下四个层面展开系统研究：

图 2 研究内容与关键科学问题之间的关系图

（一）复杂海况下的海面多角度散射模型

这是微波遥感探测海面流场的基础。针对现有模型精度不足的问题，项目引入基于三阶统计量的 Creamer 模型与双谱理论构建的非线性积分方程模型（IEM3），有效表征非线性海面特征。同时，基于波流相互作用原理引入流场调制因素，并开展复杂海况下多角度双站散射建模与水槽试验研究。

（二）面向海面流场的星载复眼 SAR 系统设计与信号处理

重点开展系统构型与参数优化设计、混合基线参数分离与估计、雷达回波精确建模、成像与干涉处理，以及流场反演性能验证，最终目标是达到 0.1 m/s 的速度精度与 5° 的方向精度。

（三）基于星载复眼 SAR 系统的二维流场反演模型

针对多普勒中心频移（DCA）和沿轨干涉（ATI）两类方法，深入分析误差机理并提出校正方法，获得高精度一维径向流速；进而融合多视角观测几何信息，实现从“一维流速”到“二维流场”的反演能力跨越。

（四）星载复眼SAR系统海面二维流场测量方法验证

针对缺乏匹配在轨数据的现实约束，项目组采取“由简入繁、逐级验证”的技术路线：先开展星地联合海上预实验，建立海流真值获取与时空配准方法；再实施车载等效试验方案，作为核心验证手段。

最后，通过宏图一号卫星实测数据与仿真数据验证了复眼 SAR 体制与提出方法反演海面流场的有效性。

图 3 宏图一号卫星实测数据与仿真数据海流反演结果

总结展望：项目组提出的复眼 SAR 卫星编队构型与系统设计、海面电磁散射特性建模、二维洋流反演模型等成果，可广泛应用于支撑新一代“十五五”空间规划论证、下一代高分三号卫星论证、下一代海洋动力卫星论证等国家重大任务，为我国填补星载海面流场测量手段空白提供重要技术支撑。