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海边遐想 精选

已有 4800 次阅读 2021-1-23 14:11 |个人分类:科研随笔|系统分类:科研笔记

我举着伞,顶风冒雨来到家乡的海边。

海滩上竟无一人,仿佛整个大海都是我的。这倒也好,我且独自消受这初冬的海意。雨中的沙滩不再绵软,踩上去感觉笨笨的。不过,脚印还是会留下的,就像走过微雪的大地。

风雨中的沙滩也是热闹的:海鸥们聚集在一片沙地上嬉戏。一只海鸥叼着一直物在海面上飞,另几只海鸥追逐着它,貌似要夺下它口中的直物。但见它上下左右地翻飞,引着其它海鸥也在翻飞。终于那只海鸥冲破重围来到沙滩上空,故意飞得高高的,然后松开口,见那直物从空中坠下,直直地插在沙滩上。另一只海鸥随即将直物从沙滩上叼起,其它海鸥又开始追逐这只海鸥。但见它又在海面上引着其它海鸥上下左右地翻飞。不一会儿,它又冲到沙滩上空,故意飞得高高的,然后松开口,那直物便从空中坠下,直直地插在沙滩上。又有一只海鸥旋即将直物从沙滩上叼起,其它海鸥又开始了追逐......如此反复,欢作一团。

我沿着海岸线缓缓地走着,生怕打搅了海鸥的嬉戏。我也在想着自己的工作,尤其是刚刚主导完成的两个实验:GPS或北斗抗欺骗实验和无人机噪声定位实验。

GPS或者北斗导航用户容易受到欺骗,尤其是诱骗。好端端的飞机在飞,受到欺骗信号干扰后,飞机会在不知不觉中偏离航线;导弹在飞,受到诱骗信号干扰后,它很可能飞入己方阵地。这些事实说明欺骗干扰对于GPS及北斗应用的危害。快速识别出欺骗信号,就能够使得GPS及北斗用户免受欺骗,相当于为GPS北斗应用安上保险。

抗欺骗干扰实验获得成功:我们可以在一秒钟内识别出GPS或北斗欺骗信号!这一速度比目前报道的识别速度提高了几百倍。可预示着:在卫星导航领域,欺骗和反欺骗的较量正式开始了。

接着是无人机机噪声定位。根据无人机噪声确定无人机的飞行轨迹,这是富有挑战性的工作,也是十分有趣的工作。从学术上讲,这叫动态被动定位技术。实验获得初步成功:我们可以依据无人机噪声近实时地确定无人机的方向,至于定位只是布阵的问题了。

我并不是什么神仙,能够完成上述工作主要因为我认识到了物理世界的一个原理,权且叫做相似原理,其描述如下:

1) 从同一源发出的波,经过均匀介质传播,在两个观测点被接收。那么,

a) 只要观测点间距相对于波传播距离足够小,两个观测点所接收的波就是相似的;

b) 对于非调和波(有一定带宽的波),当观测点间距相对于波传播距离大到某种程度,两个观测点所接收的波就不相似了。

2) 从不同源发出的非调和波,经过均匀介质传播,在两个观测点被接收,那么两个观测点所接收的波不可能是相似的。

在相似原理面前,GPS欺骗信号就像和尚头上的跳蚤,一目了然。在相似原理面前,发出声音的无人机,发出声音的水下目标,相当于在裸奔。

实际上,人们天天都在应用相似原理。每个人都有两只耳朵,两只耳朵的距离足够短,所以能收到相似的声音,人脑就是利用这种相似性判断出声音来的方向。一只蝉鸣不会让人恼,众多蝉鸣使人烦,可能是因为人的两只耳朵接收的蝉鸣不再相似造成的。

雨在不知不觉中停了,而风如故。天上的云乌乌的,直向北去。海滩上的海鸥忽地飞起,向远海深处飞去。我以为它们要飞走了,仔细看时,原来它们在乌云和大海之间起起落落,尽情地飞舞,像是在参加一场战斗,又像在排练一场演出。这样过了许久,海鸥们才陆续飞回海滩,聚成一团歇息。

风中的海竟不起波澜,海水只是轻轻抚摸一下海滩,又轻轻的退去。今日的潮汐是温柔的。我喜欢海,更喜欢的是海的潮汐,因为潮汐是我的研究主题之一。我的师爷方俊院士开拓了我国固体潮汐研究。所谓固体潮汐就是固体地球在日月引力下发生着形变,地表上一点离地心的距离每天都会发生约半米的变化,因此固体地球也会像海潮一样起起伏伏的。我的导师许厚泽院士是方俊院士的大弟子,在固体潮汐研究上有着丰硕成果,曾任国际地球潮汐委员会主席。我是固体潮汐研究的第三代中的一员,在固体潮汐分析上有所斩获。而且,我已经不满足固体潮汐,带领着第四代弟子进军海洋潮汐,目前,我们创立的海洋潮汐分析的无为方法正吸引着国际上越来越多的目光。

在地表或海表每一点,潮汐分量(即频率)多达数万个,因此,潮汐分析就十分复杂。不过主要的潮波只有八个,人们一般关注它们就可以了。然而就是这八个潮波人们对其的分析和预测也没有达到尽善尽美。近年来,人们越来越清晰地认识到这些潮波的振幅和相位在随时间变化,这些变化或许与海温、气压及海洋密度分层变化有关,研究这些关系将是未来潮汐动力学的发展方向。而无为方法为研究这些主题提供了强有力的工具。

哦,对了,李思达正远在这片海的对岸,他的关于美国海岸线潮汐的论文就要被Science子刊录用了。他是我的在读博士生,正在佛罗里达进修。一名博士生能在Science子刊上发表论文,这在我所在的研究所是首例,是不同寻常的。其实,第四代潮汐人在这样的高端刊物上发表关于潮汐的文章,想想也不觉得意外。无论如何,庆功酒还是要喝的。

值得祝贺的事还有很多,例如我的学生姚彦吉,她的学问也上涨得不得了。她将我的标准时频变换(NTFT)理论舞动得让人眼花缭乱。在湖南大学周淑伊和刘小燕工作的启发下,姚将NTFT与卷积神经网络(CNN)相结合,开辟出NTFT+CNN的信号识别分类模式,在地震自动识别、PS波到时拾取等方面成绩突出。仅举一个例子:目前,根据脑电图诊断癫痫病的最高准确率为99%,而要达到这样的准确率需要繁琐的数据预处理。姚利用NTFT+CNN模式(姚模式),可以轻松(不用预处理)使得癫痫诊断准确率达到99.9%,这意味着:癫痫误诊率降低了十倍!姚模式的精彩可见一斑!这个例子说明姚模式的精彩不仅仅在地学,还在医学!其实,这一模式的精彩不仅仅是表现于现在,还将展现于未来。

我的团队的精彩故事还有很多呢!日后再说吧。

也有一些揪心的事。这不,我们的相似度理论的论文被主编直接拒稿了。这篇论文写的是我们依据前述的相似原理所构造出的数学理论,即相似度理论。投稿前,我信心满满地想:这篇论文将引领时频分析的发展,是开创性的成果,对信号处理而言是无价的。如今被拒稿了,我依然这么认为! 我觉得这位主编表现得有点出无知者无畏,他丝毫没有看出这篇论文的重要意义,以至于连送审的机会都不给。用句武汉话讲:我真信了他的邪了!

怎么办?将论文挂到预印本杂志上,由世人评说!文章千古事,得失寸心知。

风继续在吹。我来至一栈桥上,看桥下的鱼儿正自由自在地游着,毕竟海中无风呀。有时真想变身水中的鱼儿,感受一下无拘无束的生活。但是,我知道自己就像海鸥,更喜欢迎风而舞。

相似度是利用NTFT发展出的崭新的应用数学理论,它针对的是噪声下如何判定信号存在与关联的问题,对于信号处理与分析将产生深刻影响。而且这种影响将是持久而广泛的。

相似度首先应用于引力波的搜索,也就是说我们依据相似度探寻到了十几起引力波事件,所用的数据来自美国LIGO团队。众所周知,引力波信息隐蔽于巨大的噪声下。我们利用无为方法和相似度联合技术,将一个个引力波事件艰难地搜索出来。该技术不用模型也不用视觉,是彻底的盲搜索技术。该技术的物理依据就是前述的相似原理。引力波观测有两个接收站(H站和L站),相隔几千公里。这点距离,相对于引力波数亿光年的传播距离,几乎不是距离。依据相似原理,这两个站点接收的引力波必然是相似的!利用这一相似性,就可以搜索引力波事件了。就这么简单。

关山难越,谁悲失路之人;海天茫茫,不坠青云之志。我多年前就说过围绕NTFT会发生很多故事,现在看来我说的没错:NTFT的故事越来越让人感觉过瘾了。NTFT,作为一种欲光照千秋的应用数学理论,遭遇一些坎坷和委屈,是一件很正常的事。哲人说了,真理不会头戴皇冠地来到人间,也不会在敲锣打鼓中诞生,它总是在偏僻的角落,在呻吟和叹息中诞生。

海上的云依然在北去,云间偶尔会裂开一些缝隙,透出一丝丝的白光,不一会儿又合上了。在云的开合之间,有几只海鸥在飞。大海在风中深沉依旧。

我要离开海滩了,母亲该着急我回家吃饭了。不舍地回望,海滩上留下了我的足迹,浅浅的,却是长长的......




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