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做復(fù)雜環(huán)境波傳播散射開(kāi)拓者鑄無(wú)線電物理和電磁場(chǎng)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)
——記西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院教授郭立新

2022-03-25 02:31蔡巧玉
科學(xué)中國(guó)人 2022年1期

蔡巧玉 王 軍

科技類(lèi)媒體的記者們都清楚,要想對(duì)西安電子科技大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱“西電”)物理與光電工程學(xué)院教授郭立新進(jìn)行一次專訪報(bào)道,難度系數(shù)頗高。其實(shí),找到他并不難。一天24小時(shí),一年365天,郭立新的作息如出一轍。只要不出差、不開(kāi)會(huì)、不上課,他每天早上8點(diǎn)到實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始工作,中午12:30吃飯午休一會(huì)兒,再繼續(xù)干到晚上7:30離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室,回家吃個(gè)晚飯?jiān)俜祷貋?lái)工作到0點(diǎn)左右,這就是他的一貫日常。

郭立新

這是一個(gè)出生于20世紀(jì)60年代末的中年人,擁有那個(gè)時(shí)代難以磨滅的底色,不張揚(yáng)且忌浮夸。郭立新把認(rèn)真做事、謙虛低調(diào)視為一名科研工作者最基本的修養(yǎng)和素質(zhì)。在過(guò)往的近30年時(shí)間里,他一步一個(gè)腳印,先后主持了國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家原“973”課題、原“863”課題、國(guó)家自然科學(xué)基金等大大小小40余個(gè)項(xiàng)目。在這些項(xiàng)目的支持下,他帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)目標(biāo)和粗糙面散射國(guó)際前沿問(wèn)題及國(guó)家目標(biāo)與環(huán)境光電特性領(lǐng)域需求,在目標(biāo)與地海環(huán)境散射特性等基礎(chǔ)理論和國(guó)防應(yīng)用研究方面為國(guó)家做出了多項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性工作,具有非凡價(jià)值。然而這一切成績(jī)?cè)谒难哉Z(yǔ)中,也不過(guò)是“完成了自己的本職工作而已”。

在采訪過(guò)程中,郭立新不止一次給記者打起“退堂鼓”,抱歉“自己實(shí)在沒(méi)有什么轟轟烈烈的事跡可以聊”,即便他伴隨著中國(guó)目標(biāo)及環(huán)境電波傳播與電磁散射研究技術(shù)的同步成長(zhǎng),用親身經(jīng)歷推動(dòng)著我國(guó)這一領(lǐng)域由弱及強(qiáng)的整個(gè)征程,已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)這一學(xué)科當(dāng)之無(wú)愧的帶頭人多年,但他依然把自己視為一名普普通通的科研工作者和人民教師,“不管是科研探索也好,教書(shū)育人也好,也無(wú)論獲不獲獎(jiǎng),出不出名,只要國(guó)家有需要我們?nèi)プ龅墓ぷ鳎枰_(kāi)展的攻關(guān),都要扎扎實(shí)實(shí)地做好!”懷揣著一個(gè)“無(wú)線電物理和電磁場(chǎng)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”,不斷追求科研上的創(chuàng)新和突破才是郭立新從始至終最為看重的事。

一路向前

1986年,在那個(gè)“千軍萬(wàn)馬過(guò)獨(dú)木橋”的年代,郭立新考入陜西師范大學(xué)物理系學(xué)習(xí)物理教育,未來(lái)的目標(biāo)是成為一名中學(xué)物理教師。“我當(dāng)時(shí)物理基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)得非常扎實(shí),尤其是基礎(chǔ)物理中的電磁學(xué)、光學(xué)和量子力學(xué),為我后面做好科研工作打下了非常堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?!惫⑿禄貞浀?。

本科4年下來(lái)的綜合成績(jī),郭立新在整個(gè)物理系排名第一。他的優(yōu)異表現(xiàn),被西電當(dāng)時(shí)的副校長(zhǎng)、我國(guó)電波傳播領(lǐng)域的開(kāi)拓者之一王一平教授看中。當(dāng)時(shí)還兼任著物理系主任的王一平,破格將郭立新引入西電攻讀碩士研究生,由此一舉改變了郭立新的人生軌跡。

西安電子科技大學(xué)2021年剛剛度過(guò)90歲生日。其前身是1931年誕生于江西瑞金的中央軍委無(wú)線電學(xué)校,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)征到了延安,又到了張家口,1958年來(lái)到西安,1988年改為西安電子科技大學(xué)。因?yàn)檫@一段光榮的歷史,加之本身是中國(guó)最早的兩所國(guó)防工業(yè)重點(diǎn)軍事院校之一,每位西電的老師和學(xué)子血液里都蘊(yùn)藏著薪火相傳的紅色基因,身上都肩負(fù)著為國(guó)鑄劍的強(qiáng)軍使命,郭立新自然也不例外。

攻讀碩士研究生期間,郭立新遇到了自己的導(dǎo)師吳振森教授,被他稱為是這輩子最大的幸運(yùn)?!爱?dāng)時(shí),每個(gè)老師只帶一個(gè)研究生,吳老師手把手地指導(dǎo)我。我從他身上學(xué)到了很多,包括科研方向的把握、做科研的方法和科研團(tuán)隊(duì)的建設(shè),特別是老一輩學(xué)者做事情的認(rèn)真和執(zhí)著。”郭立新如是說(shuō)。

當(dāng)然,困難總是時(shí)時(shí)刻刻存在的,最大的困難就是跨專業(yè)帶來(lái)的知識(shí)鴻溝,從物理教育到復(fù)雜環(huán)境電波傳播與電磁散射,有著很大的不同,需要惡補(bǔ)的功課非常多。首當(dāng)其沖是編程,“我在師大沒(méi)學(xué)過(guò)編程,欠缺計(jì)算機(jī)能力,就必須得利用業(yè)余時(shí)間把這部分內(nèi)容從零開(kāi)始補(bǔ)上來(lái),唯一的辦法只有加倍努力?!惫⑿逻x擇了最“笨”的方式,比如堅(jiān)持每天早上最早到實(shí)驗(yàn)室,晚上最晚才離開(kāi),這樣在實(shí)驗(yàn)室里的時(shí)間至少在14個(gè)小時(shí)以上。但是當(dāng)時(shí)的硬件條件實(shí)在艱難,一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里也只有一臺(tái)286電腦,大家要輪流使用,人歇機(jī)器不歇。為了不影響其他人,這些“功課”大多是郭立新在人家午休吃飯和晚上睡覺(jué)的時(shí)候完成的。其他稍有空閑又上不了機(jī)的時(shí)間,他幾乎都泡在了圖書(shū)館里去翻閱資料。郭立新這種看上去“結(jié)硬寨,打呆仗”的“笨”方法卻讓他在不知不覺(jué)中成為團(tuán)隊(duì)中進(jìn)步最大、成長(zhǎng)最快的學(xué)生之一。

第二學(xué)期的下半段開(kāi)始,郭立新就可以參與具體的科研項(xiàng)目了。他至今仍清晰地記得自己參加的第一個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,是有關(guān)隨機(jī)介質(zhì)中的分形散射。這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)全新的概念,是國(guó)內(nèi)首次將分形用于目標(biāo)與背景散射,與傳統(tǒng)的歐氏幾何數(shù)學(xué)手段相比,它的優(yōu)勢(shì)非常明顯,特別適合于具有一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律的隨機(jī)介質(zhì)描述和模擬。

郭立新(左二)在指導(dǎo)學(xué)生

吳振森教授把這一重任壓在了郭立新的肩上。一切要從一張白紙開(kāi)始,那時(shí)的計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)并不發(fā)達(dá),沒(méi)有及時(shí)更新的數(shù)據(jù)庫(kù)和電子文獻(xiàn),只能去圖書(shū)館淘書(shū)手檢,查閱文獻(xiàn),尋找思路。“吳老師生活上非常隨和,但在做學(xué)問(wèn)時(shí)非常認(rèn)真和嚴(yán)格?!惫⑿禄貞浤嵌螘r(shí)期,他經(jīng)常和吳振森在實(shí)驗(yàn)室里討論問(wèn)題,往往師生二人討論完畢一出門(mén),才發(fā)現(xiàn)辦公樓里一片漆黑寂靜,原來(lái)已經(jīng)將近凌晨了。

就這樣在郭立新不懈的努力下,夜熬了一宿又一宿,資料查找了一部又一部,方法摸索了一遍又一遍,他從一開(kāi)始的懵懂,到后來(lái)思路越來(lái)越清晰。郭立新在“隨機(jī)介質(zhì)分形散射”研究領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展,他提出了一種新的一維隨機(jī)分形曲線的分維估計(jì)方法——局部方差累積法,發(fā)表的相關(guān)論文被國(guó)內(nèi)有關(guān)分形書(shū)籍所引用,受到了國(guó)內(nèi)外同行專家的高度評(píng)價(jià)。他對(duì)隨機(jī)分形粗糙表面模型和分形湍流大氣電磁散射特性做了詳細(xì)分析,獲得了散射場(chǎng)波峰擬合線的斜率與分維滿足線性關(guān)系這一重要規(guī)律,為有關(guān)部門(mén)雷達(dá)雜波特性研究和工程統(tǒng)計(jì)模型的建立提供了重要的理論指導(dǎo)。其成果既可用于粗糙面重建的逆散射問(wèn)題,也可以此來(lái)進(jìn)行粗糙表面的分類(lèi)、遙感和地海雜波散射分析,該研究當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)有類(lèi)似報(bào)道,成果填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

1995年,受法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心230研究所的邀請(qǐng),郭立新作為主要成員同吳振森一起赴法,參加中法科技合作項(xiàng)目“多相流中非球形粒子的測(cè)量”,利用對(duì)方的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備進(jìn)行合作研究。這是郭立新第一次走出國(guó)門(mén),在法國(guó)的一個(gè)月時(shí)間里,他和吳老師并沒(méi)有抽出時(shí)間泡在咖啡館里或者到海邊走一走,也沒(méi)有閑暇去聽(tīng)一幕歌劇或者看一場(chǎng)足球比賽。他把勤奮和堅(jiān)韌帶到了法蘭西,一頭扎進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室,針對(duì)法國(guó)人解決不了的具體問(wèn)題,爭(zhēng)分奪秒地努力思考并編程計(jì)算。正應(yīng)了中國(guó)的那句老話:一分耕耘,一分收獲。在經(jīng)過(guò)30多個(gè)日日夜夜之后,他們出色地完成項(xiàng)目的所有要求,并且和法國(guó)人的測(cè)量結(jié)果一一匹配,一舉擴(kuò)展了多層球/柱電磁散射的計(jì)算范圍,可計(jì)算的尺寸參數(shù)比國(guó)外的方法要大3~4個(gè)量級(jí),解決了國(guó)際上一直未曾解決的大尺寸粒子散射計(jì)算收斂性和穩(wěn)定性問(wèn)題。吳振森和郭立新這種做事投入、迅速而且準(zhǔn)確的科研性格得到了當(dāng)時(shí)合作的法國(guó)團(tuán)隊(duì)的高度贊賞,為后面繼續(xù)開(kāi)展的國(guó)際合作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

郭立新(中)在實(shí)驗(yàn)室里指導(dǎo)學(xué)生

2001年3月,郭立新又受韓國(guó)國(guó)立慶北大學(xué)的邀請(qǐng)專門(mén)從事“復(fù)雜背景的電磁散射計(jì)算”博士后研究工作。和在法國(guó)時(shí)的兢兢業(yè)業(yè)一樣,在韓國(guó)做研究期間,他幾乎放棄了所有的節(jié)假日,每天都是最早到達(dá)和最后離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室的那個(gè)人。一年時(shí)間里,他在前人研究簡(jiǎn)單金屬目標(biāo)與背景散射基礎(chǔ)上,解決了介質(zhì)目標(biāo)和復(fù)雜介質(zhì)背景復(fù)合散射中的耦合散射分析與快速數(shù)值計(jì)算的部分關(guān)鍵問(wèn)題,贏得了國(guó)際同行對(duì)于中國(guó)科研工作者的尊重。

從20世紀(jì)90年代,到進(jìn)入21世紀(jì),隨著中國(guó)科技水平與西方強(qiáng)國(guó)的差距從“望其項(xiàng)背”走到“同臺(tái)競(jìng)技”,郭立新也越來(lái)越感受到了西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)中國(guó)的科技封鎖與圍剿。作為突圍者,他親歷了中國(guó)科技界自立自強(qiáng)的全過(guò)程?!叭シ▏?guó)也好,到韓國(guó)也好,我有一個(gè)感受,我們中國(guó)人勤奮扎實(shí),而且腦子不笨,我們要有自己的民族自信心,在這條道路上只要堅(jiān)持不懈地奮斗下去,一定可以成為領(lǐng)跑者!”

正是這一段艱苦卓絕的歷程促進(jìn)了郭立新的快速成長(zhǎng)。1998年他被破格提升為副教授,2001年再次破格晉升為教授,并被確定為西安電子科技大學(xué)中青年學(xué)術(shù)骨干和首批學(xué)術(shù)帶頭人。2002年被評(píng)為博士生導(dǎo)師時(shí)他只有34歲,這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)可以寫(xiě)進(jìn)西電校史紀(jì)錄的數(shù)字。

為國(guó)解憂

習(xí)近平總書(shū)記一直鼓勵(lì)科研人員要“把論文寫(xiě)在祖國(guó)的大地上”,將先進(jìn)國(guó)防科技書(shū)寫(xiě)在祖國(guó)的尖端武器裝備上,把科技成果應(yīng)用在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化軍事強(qiáng)國(guó)的創(chuàng)建中。郭立新對(duì)此深以為然:“長(zhǎng)久以來(lái),我和團(tuán)隊(duì)做科研,一直是問(wèn)題導(dǎo)向和需求導(dǎo)向,國(guó)家有什么需求、有什么問(wèn)題,我們就去做什么、就去解決什么!”他希望自己的研究成果能夠迅速應(yīng)用到祖國(guó)的航空、航天、航海等國(guó)防裝備研制領(lǐng)域,為祖國(guó)的強(qiáng)大貢獻(xiàn)一份力量。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,使人類(lèi)的戰(zhàn)爭(zhēng)行動(dòng)遍及陸、海、空、天、電五維空間。而被稱為第五維空間的電磁空間,更以其對(duì)軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力提升所發(fā)揮的巨大影響力,成為世界各國(guó)不惜下大力氣角逐的軍事科技制高點(diǎn)之一。信息化時(shí)代,電磁波承載億萬(wàn)信息,已滲透至戰(zhàn)場(chǎng)的每一個(gè)角落,成為影響世界和戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵。搞清楚有關(guān)環(huán)境與電磁波的相互作用的機(jī)理,讓看不見(jiàn)、摸不著的電磁頻譜變得可見(jiàn)、可控、可用,讓復(fù)雜電磁環(huán)境變得不再?gòu)?fù)雜,就顯得至關(guān)重要。

許多專家預(yù)言:“未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng),誰(shuí)善于控制、駕馭和運(yùn)用電磁頻譜,誰(shuí)就能贏得戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)。”技術(shù)一旦受制于人,國(guó)防安全和技術(shù)革新必將遭遇掣肘。郭立新和學(xué)院的每一位師生,都感受到了肩上那越來(lái)越沉重的責(zé)任——軍隊(duì)跨越式發(fā)展呼喚科研領(lǐng)域的創(chuàng)新與跨越。

“我的主要工作是陸??仗斓葟?fù)雜環(huán)境中的電磁(光)波傳播與散射研究。探測(cè)平靜海面上的艦船目標(biāo),準(zhǔn)確率一般是比較高的,但是一旦在惡劣環(huán)境下,比如海上有較大風(fēng)浪起伏,就會(huì)引起海雜波出現(xiàn),再包括空間環(huán)境的因素——雨、雪、霧,對(duì)各類(lèi)電磁波的頻段的影響都是不一樣的,探測(cè)識(shí)別率就會(huì)降低。目前的高端裝備——臨近空間高超音速飛行器,同時(shí)融合了航天和航空的諸多前沿技術(shù),被世界軍事界認(rèn)為是下一代戰(zhàn)略空軍的“撒手锏”技術(shù),飛行器高速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生等離子體鞘套,電波與其作用機(jī)理不明,目標(biāo)特性不清,影響通信、導(dǎo)航和雷達(dá)探測(cè),無(wú)論從基礎(chǔ)理論還是實(shí)驗(yàn)測(cè)量方面,國(guó)際上尚無(wú)大的研究進(jìn)展?!惫⑿屡e例描述自己的工作任務(wù),“在實(shí)際復(fù)雜環(huán)境目標(biāo)探測(cè)時(shí),我要做到消除環(huán)境對(duì)電波傳播及散射的影響,讓我們的雷達(dá)能看得見(jiàn)、看得準(zhǔn),而且要打得準(zhǔn)。另外在復(fù)雜的環(huán)境下,很多地方的通信可能受到影響通不了,我要保障它能通得了、通得好?!?/p>

預(yù)警機(jī)是指擁有整套遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)系統(tǒng),用于搜索、監(jiān)視空中或海上目標(biāo),指揮并可引導(dǎo)己方飛機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的飛機(jī),被稱為“空中堡壘”,實(shí)際上它是把預(yù)警雷達(dá)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備搬到高空。但是,預(yù)警機(jī)要在高空斜視地往下看,越往遠(yuǎn)看,仰角就越低。低仰角覆蓋面積大,但同時(shí)計(jì)算量就更大,要求也更高。計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間效率都是瓶頸問(wèn)題?!叭绻懊娴牡睾C鎺缀谓6冀ú粶?zhǔn),你后面干什么事就都對(duì)不了!”郭立新如此解釋。

關(guān)于下視高海情低仰角地海雜波建模問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外一直未給出較好的解決辦法,美國(guó)在此領(lǐng)域?qū)ξ覈?guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖。當(dāng)我國(guó)雷達(dá)專家咨詢有關(guān)雜波問(wèn)題時(shí),對(duì)方從來(lái)都是“無(wú)可奉告”。這成為橫亙?cè)谥袊?guó)電磁波物理科研工作者身前的一條鴻溝,但是郭立新偏偏不信這個(gè)邪,他經(jīng)常為自己和團(tuán)隊(duì)成員們鼓勁,堅(jiān)信這種困境反而能激發(fā)出中國(guó)人的斗志和創(chuàng)造力。

針對(duì)國(guó)家的這一迫切需求,郭立新經(jīng)過(guò)反復(fù)攻關(guān),結(jié)合實(shí)測(cè)和地海譜模型建立了地海確定性幾何模型,利用粗糙地海面散射的快速多極子方法和修正基爾霍夫近似,克服了目前低仰角海面散射系數(shù)及相位信息的計(jì)算困難,提取了低仰角海面散射場(chǎng),解決了低仰角、大粗糙度地海面電磁散射理論建模和地海雜波快速準(zhǔn)確建模關(guān)鍵難題,突破了我國(guó)大區(qū)域高海情高分辨海雜波建模和應(yīng)用部分瓶頸。有別于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)P?,?shí)現(xiàn)了復(fù)雜海況下多尺度海面及多類(lèi)型地物背景電磁散射機(jī)理的準(zhǔn)確表征,為復(fù)雜地海環(huán)境通信信道建模、雷達(dá)探測(cè)和信號(hào)處理提供了基于物理層面的確定性散射和傳播模型,構(gòu)建起了地海面電磁散射、電波傳播基礎(chǔ)理論計(jì)算與通信及雷達(dá)信號(hào)處理工程應(yīng)用之間的橋梁,研究成果填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。粗糙面電磁散射有關(guān)成果已用于形成國(guó)家電磁代碼,作為國(guó)家粗糙面散射的標(biāo)準(zhǔn)之一,確立了在復(fù)雜地海環(huán)境電磁散射特性研究領(lǐng)域國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先地位。

郭立新在國(guó)際論壇上發(fā)言

面向國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要中的高分辨地海環(huán)境及目標(biāo)探測(cè)和國(guó)家海洋安全需求,以期提高裝備在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)性、可靠性,近年來(lái)郭立新圍繞國(guó)際上大尺寸粗糙地海面與目標(biāo)耦合散射計(jì)算困難,又在隨機(jī)粗糙面和目標(biāo)復(fù)合電磁散射領(lǐng)域開(kāi)展了深入研究。針對(duì)電大尺寸地海環(huán)境、無(wú)源干擾環(huán)境與目標(biāo)仿真的計(jì)算瓶頸及試驗(yàn)校驗(yàn)難以開(kāi)展等問(wèn)題,基于半確定面元結(jié)合彈跳射線法、高低頻混合方法、矢量輻射輸運(yùn)理論等并借助OpenMP、CUDA等并行加速關(guān)鍵技術(shù),解決了低仰角、高海情海雜波準(zhǔn)確建模和目標(biāo)環(huán)境耦合散射計(jì)算困難,研制出地海環(huán)境下目標(biāo)遠(yuǎn)、近場(chǎng)電磁散射特性建模軟件,能夠?qū)崿F(xiàn)大場(chǎng)景地海背景與目標(biāo)的復(fù)合電磁散射快速計(jì)算。他所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)還將電磁散射與傳統(tǒng)雷達(dá)成像有機(jī)結(jié)合,將電磁計(jì)算結(jié)果用于SAR信號(hào)處理,能夠較為準(zhǔn)確高效地生成地海場(chǎng)景信號(hào)級(jí)回波和地海面中目標(biāo)SAR圖像數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了基于電磁散射機(jī)理的目標(biāo)分類(lèi)識(shí)別與特征提取,為目標(biāo)與地海環(huán)境寬帶/超寬帶雷達(dá)回波生成和特征提取及我國(guó)高分辨雷達(dá)成像、制導(dǎo)引信一體新型探測(cè)器等研制提供基礎(chǔ)。

郭立新還將探測(cè)器、目標(biāo)及地海環(huán)境、人工干擾環(huán)境結(jié)合在一起開(kāi)展散射研究,他在國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)匯刊和《中國(guó)光學(xué)快報(bào)》上發(fā)表的論文中提出了廣義前后向方法,有效解決了考慮耦合效應(yīng)時(shí)粗糙面上下方存在多個(gè)目標(biāo)時(shí)的復(fù)合散射計(jì)算難題,為相關(guān)部門(mén)某接收系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù);通過(guò)建立動(dòng)態(tài)海面艦船目標(biāo)及干擾復(fù)合場(chǎng)景電磁散射模型,揭示了海面、艦船目標(biāo)與無(wú)源干擾之間復(fù)雜的電磁耦合機(jī)理,并對(duì)艦載平臺(tái)下無(wú)源干擾進(jìn)行綜合評(píng)估。相關(guān)研究成果為提升實(shí)際復(fù)雜海洋環(huán)境下艦船目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別精度等提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。另一方面,他還重點(diǎn)開(kāi)展了復(fù)雜地海環(huán)境中電波傳播與散射逆問(wèn)題研究。結(jié)合人工智能,選擇合適的反演方法,準(zhǔn)確、高效地對(duì)地海環(huán)境參數(shù)及其上下方目標(biāo)參數(shù)等進(jìn)行反演?;谏疃葘W(xué)習(xí)等人工智能算法,結(jié)合散射建模結(jié)果從微波散射層與視覺(jué)層開(kāi)展目標(biāo)分類(lèi)識(shí)別方法研究,構(gòu)建了目標(biāo)圖像分類(lèi)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)以及多特征融合的目標(biāo)分類(lèi)識(shí)別網(wǎng)絡(luò),研究成果對(duì)目標(biāo)探測(cè)識(shí)別、裝備智能化和自動(dòng)化發(fā)展有重要意義。

近年來(lái)針對(duì)臨近空間高速飛行器導(dǎo)航定位、信息傳輸以及目標(biāo)探測(cè)等國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略需求,郭立新又率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)率先將湍流分形相位屏方法推廣到高超聲速流場(chǎng),重點(diǎn)考慮了時(shí)變效應(yīng)、燒蝕效應(yīng)、湍流效應(yīng)和極化效應(yīng)等因素影響下的高超聲速飛行器動(dòng)態(tài)流場(chǎng)中分形相位屏對(duì)電磁波的衍射效應(yīng),揭示了傳播機(jī)理。結(jié)合該理論基礎(chǔ),搭建了等離子體鞘套電磁特性地面實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng),解決了等離子體鞘套流場(chǎng)尺度與電磁場(chǎng)方程計(jì)算網(wǎng)格的耦合問(wèn)題,建立了經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的多因素耦合下臨近空間高速目標(biāo)等離子體鞘套電波傳播模型及組合體鞘套目標(biāo)的高精度電磁散射模型。流場(chǎng)仿真數(shù)據(jù)與電磁散射仿真平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化接口及相關(guān)電磁散射算法已成功應(yīng)用于臨近空間相關(guān)研究所的有關(guān)項(xiàng)目研制中,為飛行器通信設(shè)計(jì)和仿真實(shí)驗(yàn)起到了技術(shù)支撐作用,并為我國(guó)高超聲速目標(biāo)“破黑障”“反隱身”提供了理論支撐。

郭立新團(tuán)隊(duì)合影

“我們算得準(zhǔn)了,國(guó)家就不需要出海、上天去做那么多的試驗(yàn)。出一趟海、上一次天花費(fèi)的代價(jià)非常高。只要我們算得準(zhǔn),就不需要花那么大的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本了,這也是為國(guó)家節(jié)約資源和成本。”郭立新時(shí)常感慨,“科技工作者需要有社會(huì)責(zé)任感,要懷著利國(guó)利民的情感踏踏實(shí)實(shí)地做一些研發(fā)和試驗(yàn),做出一流的成果,解決國(guó)家的一些實(shí)際問(wèn)題。我們的工作成果不像有些領(lǐng)域能看到造出來(lái)的衛(wèi)星、飛機(jī)或材料、器件,但這些型號(hào)產(chǎn)品的有效可靠工作少不了我們的基礎(chǔ)研究工作做支撐,我們有責(zé)任去做好前端基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)工作?!?/p>

時(shí)光荏苒,初心不改。這些年來(lái),郭立新拼命工作,傾注了所有心血,為的就是將自己一生所學(xué)植根于祖國(guó)的土壤之中,讓電波傳播與電磁散射科學(xué)與技術(shù)能早日在中國(guó)的電子信息疆域里茁壯發(fā)展起來(lái)。

薪火相傳

誰(shuí)擁有了一流創(chuàng)新人才、擁有了一流科學(xué)家,誰(shuí)就能在科技創(chuàng)新中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。郭立新自然懂得團(tuán)隊(duì)的力量和人才梯隊(duì)建設(shè)的重要性。教學(xué)促進(jìn)科研,科研反哺教學(xué)始終是他堅(jiān)持的原則。作為一名電磁場(chǎng)領(lǐng)域卓越的技術(shù)專家,郭立新一直注重對(duì)后輩人才的培養(yǎng),甘做提攜后人的鋪路石和領(lǐng)路人。過(guò)去的29年里,除了出國(guó)的一兩年時(shí)間以外,他的本科生教學(xué)工作從沒(méi)停過(guò),便是明例。

作為陜西省教學(xué)名師和學(xué)校評(píng)選出來(lái)的“我最喜愛(ài)的老師”,郭立新上課從來(lái)不照本宣科,他會(huì)根據(jù)不同層次的學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn),精心編寫(xiě)教案,選擇教學(xué)方法,因材施教?!拔覀冞@個(gè)領(lǐng)域的課程基礎(chǔ)性和理論性很強(qiáng),電磁場(chǎng)本身不好想象,這無(wú)疑增加了授課的難度,我將最新國(guó)家需求和科研成果隨時(shí)融入教學(xué)以引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?!惫⑿律钪獙W(xué)生難在哪兒,想辦法吸引學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),在理解的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)這些課程的魅力。

站在講臺(tái)上的郭立新,不再是那個(gè)低調(diào)慎言、沉默是金的人,相反,他變得長(zhǎng)袖善舞、口齒伶俐、引經(jīng)據(jù)典、深入淺出,常常將枯燥的圖表、數(shù)字講得通俗易懂。自然界飄散的煙霧、蒸米飯時(shí)的氣泡分布……這些生活中常見(jiàn)的細(xì)節(jié)場(chǎng)景都被他繪聲繪色地編入到了案例當(dāng)中。在他的課堂上,學(xué)生總能體會(huì)到一些新穎的奇思妙想。

每年新生的開(kāi)學(xué)第一課,郭立新總是對(duì)年輕的學(xué)子們推心置腹,他要求大家做到“三顆心”:第一個(gè)是信心,科研貴在堅(jiān)持和創(chuàng)新,端正科研態(tài)度并建立興趣,看準(zhǔn)的方向一定要堅(jiān)持,不要被外界的各類(lèi)浮躁因素所左右;第二個(gè)要用心,迎難而上,搞清楚學(xué)什么,進(jìn)而做出自己的學(xué)術(shù)特色;第三個(gè)則是恒心,要學(xué)習(xí)總結(jié)工作方法,知道怎么學(xué)。剛開(kāi)始總會(huì)碰到很多瓶頸、很多障礙,會(huì)過(guò)一段苦日子,但是持之以恒地付出一定會(huì)有收獲。

“閱讀和交流可以促使自己不斷思考,提升創(chuàng)新能力?!惫⑿轮赋?,創(chuàng)新的前提,就是要勤思考。如果對(duì)一個(gè)問(wèn)題窮于思考,創(chuàng)新就無(wú)從談起。只有大量閱讀、勤于思考,才有可能“站在巨人的肩膀上”,站得更高、看得更遠(yuǎn)。

一流的學(xué)科之所以能成為一流,往往需要幾代人的傳承和沉淀?!坝浀卯?dāng)年寫(xiě)碩士論文,學(xué)校附近沒(méi)有打印店,吳老師愣是跟我走了好長(zhǎng)一段路,在打印店現(xiàn)場(chǎng)逐字逐句地審我的論文,一個(gè)公式、標(biāo)點(diǎn)都不放過(guò)?!惫⑿禄貞浧疬@些片斷時(shí)仍然禁不住地感嘆。如今,恩師學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)被他傳承了下來(lái),他所帶的學(xué)生發(fā)表文章或撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告請(qǐng)他把關(guān)時(shí),他也總是不厭其煩,逐字逐句推敲。每一次當(dāng)學(xué)生從郭立新手里拿回自己的文章時(shí),都會(huì)發(fā)現(xiàn)上面寫(xiě)滿了密密麻麻的小字,從觀點(diǎn)、公式到表格、數(shù)據(jù),幾乎每一頁(yè)都有增減和修改。

郭立新(左四)與畢業(yè)生合影

郭立新對(duì)于自己團(tuán)隊(duì)年輕人的培養(yǎng)費(fèi)盡了心血,對(duì)于學(xué)生的要求也是十分嚴(yán)格。他堅(jiān)持年輕人要到國(guó)際舞臺(tái)上接受錘煉,因?yàn)樵谌蛞惑w化的今天,閉門(mén)造車(chē)只會(huì)窮途末路,所以要主動(dòng)不斷突破自己,做出高水平的具有創(chuàng)造性的成果。只要條件允許,郭立新都鼓勵(lì)學(xué)生走出去,支持他們參加國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議,但是有一個(gè)要求,學(xué)生從投稿到辦理出國(guó)手續(xù)到準(zhǔn)備會(huì)議報(bào)告都要親力親為,為的就是鍛煉學(xué)生的獨(dú)立自主能力。

“年輕人要樹(shù)立遠(yuǎn)大的理想和抱負(fù),出了校門(mén)就是國(guó)門(mén)?!边@是當(dāng)年保錚老校長(zhǎng)時(shí)常叮囑郭立新的一句話,現(xiàn)在已經(jīng)成了郭立新團(tuán)隊(duì)的自省名言,寫(xiě)在每一名成員的心上。郭立新經(jīng)常要求年輕人做科研工作不能只盯著國(guó)內(nèi),立足點(diǎn)一定要更高,要及時(shí)關(guān)注國(guó)外的研究趨勢(shì)和動(dòng)態(tài),向國(guó)際上最頂尖的研究人員或小組看齊。

2013年,郭立新完成了一次角色的轉(zhuǎn)換,他被任命為當(dāng)時(shí)新組建的物理與光電工程學(xué)院執(zhí)行院長(zhǎng)。登上了更大層面的平臺(tái),也讓他平添了幾分壓力和憂患意識(shí)。新學(xué)院成立伊始,他就提出了加強(qiáng)物理學(xué)科與光學(xué)工程兩個(gè)一級(jí)學(xué)科的有機(jī)融合,加強(qiáng)物理學(xué)與電子科學(xué)與技術(shù)、通信與信息工程、空間科學(xué)與技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的交叉與結(jié)合?!斑^(guò)去做科研就是自己天天泡在實(shí)驗(yàn)室,一蹲一天,別的不用想。在那之后不一樣了,要有更多的定位、安排、協(xié)調(diào)和管理的工作,要為學(xué)科發(fā)展把握方向,要為人才培養(yǎng)做好服務(wù)。身為團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)頭人之一,在發(fā)展遇到困難的時(shí)候要能頂?shù)米毫?,知道帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)向哪個(gè)方向走?!惫⑿氯缡钦f(shuō)。

同時(shí),郭立新還是國(guó)家原“211工程”重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目“復(fù)雜電磁環(huán)境與天線微波系統(tǒng)”負(fù)責(zé)人之一,還是陜西省無(wú)線電物理重點(diǎn)學(xué)科帶頭人和部級(jí)無(wú)線電物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人。成立于1999年的“復(fù)雜地物環(huán)境電波傳播與散射團(tuán)隊(duì)”于2014年成功獲批為陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),2018年入選科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。這支團(tuán)隊(duì)已經(jīng)深深刻上了郭立新“認(rèn)真做事、謙虛低調(diào)”的科研烙印。目前團(tuán)隊(duì)已形成了復(fù)雜環(huán)境及目標(biāo)電磁散射、隨機(jī)介質(zhì)中的電波傳播、天線與電磁新材料設(shè)計(jì)3個(gè)穩(wěn)定的研究方向和研究小組,在

IEEE Trans. GRS、 IEEE Trans.AP、 Optics Express、Phys.Review

等刊物上發(fā)表了一系列高水平學(xué)術(shù)論文。

從最初的單槍匹馬、一窮二白到如今的兵強(qiáng)馬壯、意氣風(fēng)發(fā),郭立新帶領(lǐng)著這個(gè)快速成長(zhǎng)的團(tuán)隊(duì),駛?cè)肓丝蒲懈咚俾贰窦核L(zhǎng),擇國(guó)所需。這些年來(lái),團(tuán)隊(duì)針對(duì)高分辨地海探測(cè)、國(guó)家海洋安全和臨近空間高速目標(biāo)特性等重點(diǎn)領(lǐng)域需求,圍繞地海環(huán)境電波傳播與散射、等離子體電磁特性等基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展研究,提出地海面電波傳播及目標(biāo)復(fù)合電磁散射、高超聲速目標(biāo)散射理論與方法,突破了高分辨、高海情、強(qiáng)耦合作用等瓶頸問(wèn)題與關(guān)鍵技術(shù),成功應(yīng)用于我國(guó)星(機(jī)、艦)載雷達(dá)對(duì)地海探測(cè)、目標(biāo)識(shí)別跟蹤、超視距雷達(dá)探測(cè)等重大國(guó)防裝備中。

郭立新的“嚴(yán)格”是為了能夠培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和學(xué)術(shù)素養(yǎng),而在這份嚴(yán)格的背后,郭立新也有著溫和與坦誠(chéng)的一面。他喜歡走到年輕一代中間去,完全沒(méi)有年齡和職位上的架子。閑時(shí),大家一起跋山涉水,逢年過(guò)節(jié)一起包餃子,天南地北地聊一聊,郭立新會(huì)給他們一些建議,順便將自己這些年來(lái)的生活智慧和科研經(jīng)驗(yàn)毫無(wú)保留地與他們分享。

“青年人一定要耐得住寂寞,不要被一些浮躁的社會(huì)現(xiàn)象所迷惑?!?/p>

“厚積而薄發(fā),你們每天能保證起碼的12小時(shí)工作嗎?”

“有為才有位,要少一些抱怨,多一些腳踏實(shí)地的工作?!?/p>

…………

“任何一個(gè)導(dǎo)師都希望能以自己的學(xué)生為驕傲?!绷罟⑿赂械叫牢康氖?,團(tuán)隊(duì)里一批年輕人在這樣的關(guān)懷和鞭策過(guò)程中成長(zhǎng)起來(lái)。如今,郭立新桃李遍天下,截至目前已培養(yǎng)出39名博士研究生與126名碩士研究生。他的學(xué)生們,分布在高等院校、科研院所、國(guó)家機(jī)關(guān),以及華為、愛(ài)立信這樣的科技企業(yè)中,目前都已成為行業(yè)中的骨干人才,在重要的崗位上發(fā)揮作用。

“跟年輕人在一起,我覺(jué)得我也永遠(yuǎn)年輕。雖然今年都50多歲了,我感覺(jué)自己身上還有著那種朝氣?!惫⑿滦χ嘎冻鲎约旱摹八叫摹保瑫r(shí)內(nèi)心深處也規(guī)劃著未來(lái)要完成的目標(biāo),“我還有兩塊‘心病’,一個(gè)是要把我們復(fù)雜環(huán)境電磁波實(shí)驗(yàn)室真正建起來(lái),當(dāng)年我們那一代科研工作者深受實(shí)驗(yàn)室一窮二白之苦,絕不能讓現(xiàn)在的年輕人有同樣的困局;另一個(gè)是要把國(guó)外對(duì)我們‘卡脖子’的目標(biāo)與復(fù)雜環(huán)境光電傳播與散射工業(yè)軟件做好,擁有我們的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),打破國(guó)外的技術(shù)封鎖,實(shí)現(xiàn)這一領(lǐng)域的自立自強(qiáng)。”

星辰大海,向夢(mèng)而生。郭立新的人生歷程一直與國(guó)家發(fā)展目標(biāo)及環(huán)境電磁散射、電波傳播研究技術(shù)同頻共振,在百?gòu)U待興中堅(jiān)定起步,在自立自強(qiáng)中創(chuàng)造輝煌。當(dāng)記者提出“說(shuō)幾句有分量的話作為采訪結(jié)尾”時(shí),他又一次陷入了沉默。半晌,他擺了擺手:“話說(shuō)得再漂亮,不如把事情做漂亮。我沒(méi)有什么豪言壯語(yǔ),唯有腳踏實(shí)地,做人做事,上要對(duì)得起這個(gè)國(guó)家,下要對(duì)得起自己良心。僅此而已。”

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