海洋,这个占据了地球七成表面积的巨大水体,其内部的流动——海流,如同陆地上的江河与风,是塑造气候、输送能量、维系生态的核心动力。然而,捕捉海流的精细面貌,尤其是同时获取其大小与方向(即二维矢量),一直是海洋遥感领域的一座“珠峰”。近日,中国科学院海洋研究所徐永生研究员团队在这条攀登路上立起了一座新路标,为未来全球高分辨率海流观测揭开了新的可能。

技术破局:一“波”三折,单视向雷达的二维革命

传统星载遥感在观测海流时面临着一个两难困境若要看得宽,便难以看清细节;若要看得清,又往往只能捕捉海流在特定方向上的速度投影,仿佛仅凭一道影子难以还原一个立体的人。常规ATI-SAR若要获取二维矢量,通常需设置前、后斜视物理波束,这不仅推高了载荷复杂度,不同波束间的观测时间差还会引入非共模误差,影响数据精度。

徐永生团队提出的 Sq-MA-ATI 新型体制,巧妙绕开了这一困局。其核心思路不是堆砌更复杂的硬件,而是回归物理本质:先通过适度物理斜视增强对沿轨流速的敏感性,再将同一方位波束对应的合成孔径划分为多个子孔径,从同一组回波中形成多个等效观测视向。这如同将一束光通过光栅分成多道光谱,进而获取更丰富的信息维度。最后,团队采用冗余最小二乘方法联合反演,利用多视向冗余约束有效压制了随机测量误差,在实现功能跃升的同时,保持了载荷工程上的简洁性。

试验验证:琼州海峡实测,流向偏差控制在10°以内

理论的生命力在于实践的检验为验证Sq-MA-ATI的可行性,研究团队联合中国航天科工集团二院二十三所,依托联合基金项目,在风急浪高的琼州海峡开展了一场精心设计的机载试验。他们利用自主研制的Ka波段顺轨干涉测流载荷,与高精度GNSS波浪浮标进行同步对比观测。

得到的结果十分令人振奋:反演海流与浮标实测数据总体一致,流向偏差控制在10°以内。这一数值,初步证明了仅靠单一物理方位波束获取高精度二维矢量流信息,不再只是纸面上的公式,而是具备了向工程应用转化的扎实根基。

行业回响:呼应SWOT,海洋观测驶入精细化的深水区

Sq-MA-ATI的成功试验,意义远不止于一项新技术的诞生。它回应了海洋科学向精细化发展的时代召唤。正如高分辨率显微镜推动了生物学革命,更高分辨率、更全面的海流观测能力,是理解海洋中尺度—亚中尺度能量级串、热量输运与碳循环等核心过程的关键前提。

此次突破,与近年来干涉测高领域的标志性进展——宽刈幅干涉测高卫星SWOT——形成了呼应。2022 年底升空的 SWOT,首次在全球尺度上揭示了传统星下点高度计难以分辨的海洋中小尺度结构,但该卫星两侧刈幅间存在宽中央观测退化区,噪声抑制、残余系统误差校正仍有优化空间,为新一代海面高度干涉观测体制提供了技术参照,而Sq-MA-ATI则是在海流观测这一细分赛道上,向着“看得更全、测得更准”的目标迈出了坚实一步。

前瞻挑战:从验证到业务化,前路仍有攻坚

诚然,从技术验证到星载业务化运行,前路仍有硬仗要打。海浪多普勒偏差校正、多视向信息分离与反演稳定性、星载环境下的系统精密定标等问题,都是团队未来需要攻克的堡垒。但可以预见的是,随着观测几何、反演算法与工程实现能力的持续精进,这项技术将有望为构建下一代全球海洋动力观测系统提供至关重要的技术支撑,进而深刻影响我们对地球系统的认知边界。