保錚,電子學家,1927年12月1日出生于江蘇南通,1953年畢業于解放軍通信工程學院(現西安電子科技大學),師從畢德顯,是中國第一屆雷達畢業生。1991年當選為中國科學院學部委員。1984~1992年任西安電子科技大學校長,長期從事雷達與信號處理的教學與科研工作。
1971年發明了埋地電力電纜故障點測定的“沖擊閃絡法”,解決了電力部門的一大難題。1974年領導成立雷達信號處理研究小組,在國內率先開展數字信號處理的理論研究和應用工作,并系統地開展了雷達信號處理的理論和實際研究。1976年研制成的數字式動目標顯示器,對推動數字技術在國內雷達中的應用起到積極作用。1990年以來,在機載預警雷達空時二維信號處理、雷達成像和目標識別等方面的研究均取得重大進展。保錚取得的開拓性的研究成果廣泛應用于中國大量雷達武器裝備中,為中國雷達技術的進步和發展作出了歷史性的杰出貢獻。
■劉洋 黃麗萍
作為中國雷達界的專家,保錚參與了大量重要雷達裝備的技術咨詢、方案論證和技術把關工作。他始終本著實事求是、求真務實、對國家高度負責的精神,不回避問題,提出了大量寶貴的意見和建議,受到了雷達界同行的高度贊譽,被稱為最值得尊敬和信賴的“裁判長”。
伴隨重點實驗室的成長,保錚逐漸形成“頂天立地”的理念。“頂天”,就是要走在國際學科發展趨勢的前沿。“立地”,就是要從國家的實際需要出發,為國家建設真正發揮作用。
遇上恩師畢德顯
保錚于1927年出生于南通市一個書香門第。他的求學時代正趕上抗日戰爭全面爆發,戰亂中顛沛流離的生活,再加上體弱多病,以至于他的小學、初中、高中都沒有過完整的學業。就讀于南通中學期間,在陸頌石等名師的影響下,保錚對數學、物理產生極大興趣,并有了“科學救國”的思想。1949年南通解放,保錚報考了大連大學、清華大學、上海交通大學、唐山工學院4所院校,均被錄取。權衡之下,保錚選擇了中國共產黨新創辦的大連大學。
在大連大學,保錚遇到了對他人生影響深遠的恩師畢德顯。當時,41歲的畢德顯任大連大學電訊系主任,由于其淵博的學識、高尚品德和嚴謹的治學風范,全校師生對畢老師都十分敬佩。
保錚曾經在養病期間自學過物理和微積分,但是聽了畢老師的課程后,感受到畢老師對問題闡述深刻,體會到了很多自學時理解不到的新知識,有大開眼界之感。
保錚擔任畢德顯講授的普通物理和電磁場理論課程的課代表,這樣有了更多和畢老師交流接觸的機會。畢老師待人親切,對待學生沒有架子,積極參與學生討論,善于啟發學生思路。這種教學方式,極大地激發了保錚的學習興趣,培養了他透過事物表面現象看透本質的思維習慣。
1952年初,在畢德顯的帶領下,大連大學工學院電訊系師生遠赴塞外張家口,并入軍委工程學校(后改稱為中國人民解放軍通信工程學院,是現西安電子科技大學前身)。保錚光榮參軍,成為新成立雷達系的第一屆學生。1953年7月,保錚在以優異的成績畢業并留校工作。在畢德顯的安排下,保錚在輔導幾門課程的同時,還用約一半的時間到實驗室工作。
那時中國的電子工業處于一窮二白的境況,雷達研究所需的微波和脈沖儀器要靠教師親手制作。當時有的示波器頻帶只有500千赫,而雷達需要有幾兆赫的帶寬,保錚在實驗室參與制作5兆赫示波器的電子開關。通過一年多的努力,實驗室初具規模,同時也鍛煉了保錚的動手能力,為以后的科研工作打下了堅實的基礎。
在實驗室工作約一年后,保錚擔任起全職輔導。畢德顯要求保錚熟悉整個雷達專業教學工作,把幾乎所有的雷達課程均輔導或講授一遍,這促使保錚全面掌握了整個雷達專業課程知識。當時國內的學術環境相對封閉,但是畢德顯非常注意學科的前沿發展,組織了“信息論”討論班。信息論是由美國科學家香農(Shannon)1948年提出后才興起的新領域,畢德顯于1956年開始跟蹤研究這個新領域。保錚參加了信息論研究小組,不僅開拓了眼界,了解了學科前沿,更從畢德顯身上學到了做科研的思路和方法。1956年,在畢德顯的鼓勵下,保錚在《電信科學》上發表了《有干擾時通信體系的極限通信能力》一文,在當時屬于比較前沿的研究。
畢德顯對保錚的影響是至深至遠的。后來保錚1984年被任命為西北電訊工程學院(現為西安電子科技大學)院長,畢德顯鼓勵保錚“要以工作為重,勇于把擔子挑起來,依靠組織,依靠群眾,努力開創學校的新局面”。也是在畢德顯的推薦下,1991年保錚當選中國科學院技術科學部學部委員。
“文革”中的“電纜神探”
“文革”時期,還不到40歲的保錚被打成“反動學術權威”,理由之一是他編的教材是美帝蘇修的混合體。1970年9月底,剛從“牛棚”出來不久、被打入“另冊”的保錚到關中供電局電纜班接受“再教育”,竟意外促成他發明埋地電力電纜故障測試儀,解決了一個困擾電力部門多年的大難題。
保錚在電纜班跟隨工人師傅檢修埋在地下的電力電纜。由于電纜深埋在地下,所以,對故障點的探測和定位是一大難題。傳統探測電纜故障的方法有“電橋法”和“脈沖法”,但都費時費力。其實,保錚最初也沒有想出解決探測電纜故障的辦法,因為他對電力和高壓電器技術是外行,只掌握一些電工的基本知識。但他有一股“書呆子氣”,興趣上來了,就全身心投入。他似乎忘記了自己的身份,忘記了去考慮晦暗不明的前途。為科研攻關,保錚搬到工作間去住,夜以繼日地工作了幾個月。后來有人問保錚:“你當時考慮過自己的處境和身份沒有?”保錚的確沒有考慮。能有機會用自己掌握的知識為社會作貢獻,這種滿足感是平常人難以體驗的。
在經過探測電纜故障各個工序的多次操作后,保錚產生了一個想法:加沖擊電壓,在故障點形成電弧,利用它的發熱效用來“燒穿”故障,利用故障點電弧形成短路的暫態過程進行測量,也可利用產生電弧時的聲響進行現場定位。保錚想到沖擊電壓產生電弧會在該點形成短路,這會在電纜內形成短暫的瞬態過程,如果能將瞬態過程形成的波形取出顯示出來,應可從波形得到故障點的位置。從電纜端點取出瞬態波形并不困難,但要將它顯示出來則有難度。沖擊電壓的周期以秒計,示波器還不能顯示這樣的過程,好在當時國內直觀式存儲管已試制成功并小批量生產,用直觀式存儲管組成示波器就能解決這一問題。
為了驗證這個設想,保錚開始研制設備。受當時的物資條件所限,一切都只能靠自己動手。在克服重重困難后,1971年5月,我國第一臺沖擊閃絡電力電纜故障探測儀終于問世。新設備接通后幾分鐘就能完成故障點的粗測,加上現場定點和挖出故障電纜總共只需半天,比傳統方法大大縮短了時間。
這種方法成功解決了電力系統的一大難題。在保錚的發明應用前,關中供電局電纜班幾乎一直處于“欠賬”狀態,堆積了一批待定點的故障。新儀器研制成功后,電纜班短時間內將所有積壓舊賬一掃而空。
為了完善測試方法和儀器,多做實驗,保錚還主動去找一些用戶,檢測了十幾個故障,全部成功。這項發明后來成為學校實習工廠的一個重要產品,名稱叫作711電纜故障測試儀(711表示為1971年1型)。
保錚的這項發明是雷達原理運用到電纜測試領域的成功范例。新聞電影制片廠曾據此拍攝科教紀錄片《電纜神探》,介紹他研制的電纜測試儀。
在關中供電局接受“再教育”的這段經歷使保錚認識到,從事應用基礎研究的人,如果不密切結合實際,關在書房里苦思冥想,是很難有所成就的。“你要有知識,你就得參加變革現實的實踐。你要知道梨子的滋味,你就得親口吃一吃。”在后來研究工作中,保錚也聯想到,雷達技術是一門實踐性很強的學科,應當更廣泛地聯系實際。因此,保錚經常到有關工廠、研究所和部隊去,為他們解決了一些問題,同時自己也學到許多書本上學不到的知識。
率先啟用數字技術
1973年11月,正在農場勞動的保錚突然接到通知去南京參加一個會議。這個會議與進口雷達有關。原來,當時中國進口了法國湯姆遜公司(現名泰勒斯公司)的5部LP-23航管雷達。在當時的國際環境下,法國能夠出口雷達給中國已經很不容易了,但是仍然存在技術封鎖。這種新的航管雷達,有一個重要部件叫數字動目標顯示處理器,它的功能是從雷達回波中消除固定雜波(如山、大建筑),只把所需的動目標即飛機顯示出來。由于先進技術對中國禁運,法國將雷達中數字信號處理部分去除。
為了解決這個問題,國內有關方面召開了會議,討論能否自己研制該處理器。保錚參加的就是這次會議,他已經很久沒有參加這樣的專業會議了。會議討論中,大部分人傾向于仿制(部件禁運但說明書里的方框圖仍保留)。但保錚認為,法國的雷達信號處理器的方案并不完美,存在不盡合理的地方,首先設計非常煩瑣,其次如果進一步發展,會受到限制,第三是該方案沒有通用性。中國雷達向數字信號處理的轉變應是全面的,應考慮研制通用的,要能用于國內現有雷達的動目標顯示器。
在保錚看來,法國人的方案只不過搞了點花樣,實際效果不好,尤其該方案沒有通用性,不能推廣應用到大多數雷達,這是致命的缺陷。國外雷達數字信號處理器從上世紀60年代中期開始應用,由于它具有優越性,發展十分迅速,到70年代應用已十分普遍,中國則大大落后了。保錚提出,希望以數字動目標顯示器的研制為契機,上級能夠撥付少量研究經費,我們自己研制一個通用性強、結構簡單、能解決當時國產雷達動目標顯示的數字化設備。
1974年冬季,上級同意了保錚的方案,并且提供少量(19萬元)的研究經費。學校接到任務后,支持保錚組成一個8人科研小組。
當時,科研小組面臨諸多困難,一方面要彌補知識上的欠缺,同時實驗所用的器件儀器設備都很落后,也難于購買。為了解決這些困難,保錚決定分兩步來走,先研制0.5微秒數字動目標顯示器,再研制0.2微秒數字動目標顯示器。
經過一年多的努力,0.5微秒數字動目標顯示器樣機終于于1976年秋研制成功。實驗成功后,課題組很受鼓舞,繼續研制出0.2微秒數字動目標顯示器,1980年獲得四機部科技成果一等獎。
保錚帶領課題組研制的數字動目標顯示器,跟法國設備相比,性能更加出色,而且后來數字動目標顯示器的發展潮流也同保錚思路一致。這項技術最重要的意義,是將數字技術應用到雷達中去。1977年秋在煙臺召開了一次學術會議,保錚帶著他的數字動目標顯示器進行現場演示,得到了同行們的關注和肯定。
1978年后,為研制數字動目標顯示而成立的8人科研小組迅速發展,并將推廣數字信號處理在雷達中的應用作為研究方向,先擴充為研究室,繼而又擴大為電子工程研究所。1992年成立的國防科技雷達信號處理重點實驗室,就是依托該所建立的。
“頂天立地”育人才
由于雷達帶有的濃厚軍事應用特性,沒有國家的支持、只靠個人的力量是很難在這個領域取得成績的。讓人敬佩的是,保錚是從平凡的崗位上,在看似沒有可能的狀況下,努力爭取到科研機會并作出成就。
在保錚的帶領下,雷達信號處理重點實驗室在該領域的研究一直處于國內領先。重點實驗室的自適應旁瓣相消、陣列信號處理、空時二維自適應信號處理、稀布陣綜合脈沖孔徑雷達技術、雷達成像、雷達自動目標識別等眾多學科方向,無不是在保錚的親自培育和澆灌下成長起來。
伴隨重點實驗室的成長,保錚逐漸形成“頂天立地”的理念。“頂天”,就是要走在國際學科發展趨勢的前沿。保錚非常關注學科前沿,對于新技術的出現,會及時組織學習,舉辦講座和研討班,并指導部分研究生以此作為主要研究方向。保錚的看法是,雷達信號處理領域的某些新技術雖然只是一個研究方向,但必須要弄清基本概念,并密切注意發展動向。由于雷達信號處理領域很多概念出自數學應用,保錚經常邀請數學方面的專家到重點實驗室講課,從中吸收新知識。保錚多次說過,學習信號處理的人,如果不學習只吃老本,用不了多久就落后了。
“立地”,就是要從國家的實際需要出發,為國家建設真正發揮作用。面向國家需求,重點實驗室的許多科研工作,跟實際結合得非常緊密。雷達系統出現問題,首先就反映在信號處理,從信號處理能夠判斷是系統中那部分的問題。因此,重點實驗室的工作雖然是專注于信號處理領域,但在實際工作中涉及面很廣,實驗室不但研究信號處理,還要改造雷達,要使整個雷達系統處于最優。在保錚的帶領下,重點實驗室能夠有效地幫助雷達整機研制部門解決問題,保錚也因此在雷達界享有很高威望。
2000年下半年,某新型雷達因核心技術攻關遇到難題,出廠日期面臨拖延。情急之中,研制部門向保錚求援。電話頭天下午打到他家,第二天一早他就回話:“我連夜對有關問題進行了分析,你們放心,再難也要保證產品按期出廠。”保錚馬不停蹄地協調重點實驗室及相關研究機構合力攻關,使難題迎刃而解。
保錚一生專注于雷達信號處理教育和研究,淡泊名利,努力追趕、超越國際水平。重點實驗室立足于實踐、著眼于前沿,在滿足國家重大需求的同時,又努力走在國際雷達信號處理領域的前沿,這是保錚“頂天立地”思想的體現,也是保錚這位新中國首屆雷達生奉獻給祖國雷達事業的一份答卷,更是畢德顯等新中國雷達教育事業奠基者培育出的碩果。
(作者劉洋單位系中國科學院自然科學史研究所、黃麗萍單位系中國人民大學)
①1987年與恩師畢德顯院士在臨潼華清池旁
②1979年12月保錚等人調試設備
③1953年保錚畢業留影
《中國科學報》(2014-04-04 第10版 印刻)
原標題:記老科學家保錚:雷達“裁判長”