“兩彈一星”功勛獎(jiǎng)?wù)芦@得者、中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)際宇航科學(xué)院院士楊嘉墀先生生前設(shè)立的楊嘉墀科技獎(jiǎng),旨在對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域及宇航控制領(lǐng)域內(nèi),從事學(xué)科理論與方法、技術(shù)與系統(tǒng)、工程與應(yīng)用的研究及實(shí)踐做出成績(jī)的科技人員,以及對(duì)學(xué)科發(fā)展、國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防建設(shè)有推動(dòng)作用的科技工作者給予獎(jiǎng)勵(lì)。西安交通大學(xué)韓崇昭教授在獲得2011年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng),從人民大會(huì)堂捧回獲獎(jiǎng)證書不久,又榮膺2013年度第三屆楊嘉墀科技一等獎(jiǎng),在此基礎(chǔ)上他也榮幸當(dāng)選為2013年度“科學(xué)中國(guó)人年度人物”。也許,在韓崇昭的身上,榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)從未間斷過,有那么多光環(huán)照耀著他,然而此項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)更加襯托著一種精神,就是他骨子里“行重于言”的為人行事風(fēng)格。
仿生多源異構(gòu)信息融合的新思路
人和動(dòng)物有不同的感官,他們用眼睛看、用耳朵聽、用舌頭嘗,由此獲得不同質(zhì)的信息,如影像、聲音、味道等。大腦會(huì)把這些不同質(zhì)的信息進(jìn)行綜合處理,以判定對(duì)象的屬性、本質(zhì)等,這就是自然界對(duì)異構(gòu)信息的融合處理。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展,人們同樣需要不同質(zhì)的傳感器對(duì)于各種對(duì)象(合作目標(biāo)或非合作目標(biāo))進(jìn)行信息獲取,而對(duì)獲取的這些異構(gòu)信息就需要綜合處理以判定對(duì)象的類別屬性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等,這就是現(xiàn)代信息處理意義下的異構(gòu)信息融合。
韓崇昭給“異構(gòu)信息融合”這個(gè)晦澀難懂的概念賦予了一個(gè)形象的比喻。他還說,響尾蛇長(zhǎng)了兩對(duì)“眼睛”,一對(duì)眼睛就是和其他動(dòng)物一樣的“光眼”,還有一對(duì)紅外感知的“熱眼”。在動(dòng)物中,用于目標(biāo)識(shí)別異類信息融合的典型例子就是響尾蛇的這種光眼和熱眼。光眼接收周圍環(huán)境的可見光圖像信息,從而可以發(fā)現(xiàn)目標(biāo),但是對(duì)于掩藏在草叢中的獵物卻很難發(fā)現(xiàn)。響尾蛇的熱眼接收周圍環(huán)境的紅外圖像信息,由于溫差存在,它可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)掩藏在草叢中的目標(biāo)。響尾蛇的大腦頂蓋對(duì)來自兩類眼睛的信息進(jìn)行融合,最后判定是否為可捕捉的目標(biāo)。韓崇昭告訴記者,根據(jù)國(guó)際科學(xué)界當(dāng)前的研究成果認(rèn)為,響尾蛇大腦頂蓋對(duì)兩類信息的融合模式共有六種。這六種模式反映的是“多模式”的神經(jīng)元對(duì)不同組合可見光和紅外信息響應(yīng)的能力,是自然界多源異構(gòu)信息融合的典型機(jī)制。
在異構(gòu)信息融合理論研究方面,韓崇昭領(lǐng)導(dǎo)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)發(fā)展了仿響尾蛇異構(gòu)信息融合的新機(jī)制,他們利用國(guó)際數(shù)學(xué)界正在研究的一個(gè)熱門理論——隨機(jī)集理論,建立了基于隨機(jī)集的所謂“條件證據(jù)理論”。這種理論可以指導(dǎo)現(xiàn)代信息處理取得更好的結(jié)果?;谶@一理論成果,可以用來解決目前異構(gòu)信息融合中處理差異信息的難題,可以對(duì)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)應(yīng)用中的目標(biāo)跟蹤與識(shí)別、態(tài)勢(shì)分析與意圖推斷等做出新的結(jié)果。
為了有效實(shí)現(xiàn)科技成果的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用,韓崇昭教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用實(shí)踐檢驗(yàn)了他們所建立的新理論方法。在目標(biāo)跟蹤方面,他們利用新的理論發(fā)展了新的時(shí)空配準(zhǔn)算法,提高了目標(biāo)跟蹤精度。在完成國(guó)家“973”項(xiàng)目研究任務(wù)中,他們發(fā)明的一種基于誤差傳遞和估計(jì)誤差差分消除的目標(biāo)航跡估計(jì)方法,顯著提高了非合作目標(biāo)的航跡估計(jì)精度。經(jīng)應(yīng)用單位與傳統(tǒng)方法進(jìn)行試驗(yàn)相比,使得目標(biāo)航跡估計(jì)精度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí),這是仿生信息技術(shù)的一個(gè)重要突破。此外,這一新的理論方法用于某重大項(xiàng)目的目標(biāo)分類與識(shí)別,同樣取得令人矚目的效果。
隨機(jī)系統(tǒng)理論研究的必由之路
1968年末,韓崇昭大學(xué)畢業(yè)后被分配到西安的一家軍工廠從事軍工產(chǎn)品的研制生產(chǎn),“援越抗美”的政治任務(wù)要求他們參與解決某航空產(chǎn)品中陀螺模擬計(jì)算的一個(gè)難題。所參考的文獻(xiàn)是前蘇聯(lián)提供的技術(shù)資料,其中多處提到“隨機(jī)擾動(dòng)”和“不確定性”等術(shù)語。大學(xué)剛畢業(yè)的他,雖在學(xué)校學(xué)過《概率論》的簡(jiǎn)單知識(shí),卻難以理解這些術(shù)語的真正含義。在一些專家的帶領(lǐng)下,他慢慢體會(huì)到“隨機(jī)性”“統(tǒng)計(jì)規(guī)律”的奧妙。許多原來以為毫無規(guī)律的事情似乎仍有規(guī)律可循,這激發(fā)了他對(duì)“隨機(jī)現(xiàn)象”產(chǎn)生了極大的興趣。
在后來的工作和學(xué)習(xí)中,對(duì)“隨機(jī)系統(tǒng)”的興趣一直相伴著他。
1981年研究生畢業(yè)回到母校西安交通大學(xué)后,當(dāng)時(shí)應(yīng)新時(shí)代出版社邀請(qǐng),他和同學(xué)張平平合作出版了平生第一本著作《決策、對(duì)策與管理》,其中大量列舉了決策中如何處理隨機(jī)問題的例證。期間,他所承擔(dān)的科研項(xiàng)目大都與“隨機(jī)現(xiàn)象”有關(guān),也積累了大量相關(guān)的知識(shí)。1987年,他與萬百五先生、王月娟教授合作出版了全國(guó)研究生統(tǒng)編教材《隨機(jī)系統(tǒng)理論》。到了1980年代后期,信息融合在美國(guó)掀起研究熱,其開拓者Y. Bar Shalom教授就是隨機(jī)系統(tǒng)理論的集大成者。韓崇昭教授基于他在隨機(jī)系統(tǒng)理論研究的扎實(shí)基礎(chǔ),于1990年代與美籍華人學(xué)者、新奧爾良大學(xué)李曉榕教授建立了密切的合作關(guān)系,共同研究估計(jì)融合的基本理論問題。
在韓崇昭看來,他在信息融合方面取得的成果,主要得益于在隨機(jī)系統(tǒng)理論方面的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),只有擁有這樣堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),才會(huì)在工程應(yīng)用方面不斷產(chǎn)生更多的新思想和新方法,并不斷取得新成果。
“愿得此身長(zhǎng)報(bào)國(guó)”的理念沉積
天資聰穎、勤奮好學(xué)的韓崇昭雖然出身貧寒家庭,但從小就學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)異,在大學(xué)時(shí)代更把科學(xué)報(bào)國(guó)作為他人生的最大理想。
1968年,韓崇昭從西安交通大學(xué)電機(jī)工程系畢業(yè)后本來計(jì)劃繼續(xù)深造,但當(dāng)時(shí)文化革命尚未終結(jié),他被分配到企業(yè)從事軍工產(chǎn)品的研制。在企業(yè)工作10年之后,才于1978~1981年在中國(guó)科學(xué)院研究生院攻讀了自動(dòng)控制專業(yè)研究生,有幸得到我國(guó)首批授予的碩士學(xué)位。畢業(yè)后至今,他又回到母校西安交通大學(xué)扎根從事教學(xué)科研工作。雖然從教年齡偏大,但他因工作勤奮于1987年晉升副教授,1990年破格晉升教授,1993年被國(guó)務(wù)院學(xué)位辦批準(zhǔn)為博士生導(dǎo)師。他也曾遠(yuǎn)赴英國(guó)倫敦城市大學(xué)控制工程中心、維也納國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)和奧地利國(guó)家科研部所屬研究機(jī)構(gòu)、奧地利維也納技術(shù)大學(xué)、美國(guó)新奧爾良大學(xué)等從事合作研究和技術(shù)交流,其最大的愿望就是獲得更多的知識(shí)為祖國(guó)服務(wù)。
他也曾長(zhǎng)期擔(dān)任西安交通大學(xué)信息與控制工程系副主任、電子與信息工程學(xué)院副院長(zhǎng)、控制科學(xué)與工程系主任,還擔(dān)任西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、陜西省人民政府參事、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事、《自動(dòng)化學(xué)報(bào)》編委、《IET Proceeding Radar, Solar Navigation》國(guó)際雜志編委、《Fronties of Electrical Electronic Engineeing》編委、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)智能建筑與樓宇自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)副主任、陜西省自動(dòng)化學(xué)會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)兼法人、全國(guó)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材編審委員會(huì)顧問等。他對(duì)學(xué)術(shù)任職兢兢業(yè)業(yè),任勞任怨,在自己的崗位上做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
在他數(shù)十年的科研工作中,他時(shí)時(shí)刻刻針對(duì)國(guó)家的重大需求,勇于承擔(dān)各種艱巨的科研任務(wù),一次又一次地取得重要的科研成果。
除了在自己的專業(yè)方面做貢獻(xiàn)之外,他也長(zhǎng)期參與政府的決策咨詢等工作。1994年曾以聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織專家的身份參與對(duì)陜西省的工業(yè)發(fā)展考察,并為國(guó)際合作做出了貢獻(xiàn)。后來以陜西省人民政府參事的身份多次對(duì)陜西的一些重大問題進(jìn)行調(diào)研,撰寫了有價(jià)值的參事報(bào)告,為政府決策做出了重要貢獻(xiàn)。
如今,韓教授雖已年過70,但仍活躍在科技第一線。記者打趣地問他,你這么大年紀(jì)了,是否應(yīng)該多和孫子玩玩?韓崇昭說:“當(dāng)然,和孫子玩也很重要,但我的最大樂趣還是在科研工作上,能為國(guó)家解決一兩個(gè)實(shí)際問題我就其樂無窮?!庇浾呱钪O這句話的分量,原來他所取得的所有成果都是這“愿得此身長(zhǎng)報(bào)國(guó)”理念的沉積?。?/p>
一路耕耘,一路收獲
從1982年初返回母校記起,韓崇昭30年如一日奮戰(zhàn)在科研、教學(xué)和管理一線,不論在基礎(chǔ)研究還是工程實(shí)踐應(yīng)用中,都做出了重要貢獻(xiàn)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文400多篇,以第一作者出版專著8本。
在八十、九十年代的很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi),他主要從事大系統(tǒng)優(yōu)化理論和非線性系統(tǒng)頻譜分析的研究,做出了許多重要貢獻(xiàn)。在此期間,他參與主持“大型彩色顯像管玻璃窯爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”項(xiàng)目,解決了當(dāng)時(shí)彩色顯像管生產(chǎn)中的重大技術(shù)難題,為此獲得1988年度國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和1988年度電子部科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng);參與“大規(guī)模工業(yè)過程優(yōu)化理論研究”項(xiàng)目,獲1990年度國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng);參與主持“中型合成氨工藝綜合計(jì)算機(jī)控制項(xiàng)目”,獲1991年度國(guó)家教委科技進(jìn)步三等獎(jiǎng);主持“陜西省科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展宏觀決策支持系統(tǒng)原型”項(xiàng)目,獲1997年度國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。
在非線性系統(tǒng)理論研究方面,他早年曾對(duì)非線性隨機(jī)系統(tǒng)做過深入研究,關(guān)于雙重最優(yōu)控制有一定建樹。1980年代,韓崇昭關(guān)于“非線性隨機(jī)系統(tǒng)雙重最優(yōu)控制”的研究,得到國(guó)際著名學(xué)者美國(guó)哈佛大學(xué)何毓琦教授和康涅狄格大學(xué)Y. Bar Shalom教授的贊賞,其成果發(fā)表在《數(shù)學(xué)物理學(xué)報(bào)》。受英國(guó)學(xué)者Billings教授的影響,他從1990年起開始非線性頻譜分析理論的研究,關(guān)于用Volterra級(jí)數(shù)描述的非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究方面也做出了有價(jià)值的結(jié)果。目前,這種方法應(yīng)用于某型直升機(jī)電動(dòng)舵機(jī)故障檢測(cè)診斷系統(tǒng)等的試驗(yàn)研究、導(dǎo)彈引擎電子系統(tǒng)等的故障檢測(cè)與預(yù)報(bào)試驗(yàn),均取得非常好的效果。東南大學(xué)已故馮純伯院士給出的評(píng)價(jià)是“應(yīng)用頻域方法研究非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的常用工程方法是描述函數(shù),該方法雖較實(shí)用,但致命的缺點(diǎn)是缺乏嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)。以韓崇昭教授為首的研究小組另辟蹊徑在頻域內(nèi)研究非線性系統(tǒng)……得到了良好的工程實(shí)用。此項(xiàng)工作在國(guó)內(nèi)獨(dú)樹一幟,有很強(qiáng)的獨(dú)創(chuàng)性”。這一重要研究成果應(yīng)用于三峽工程大型施工機(jī)械的故障檢測(cè)與預(yù)報(bào),以及大壩建設(shè)混凝土生產(chǎn)輸送澆筑全過程的計(jì)算機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng),取得重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,為此獲得陜西省2004年度科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
2002~2006年,他領(lǐng)銜完成國(guó)家“973”項(xiàng)目“復(fù)雜自然環(huán)境時(shí)空定量信息的獲取與融合理論、算法與應(yīng)用”中“多源數(shù)據(jù)融合理論、算法與應(yīng)用”和“目標(biāo)與環(huán)境共存時(shí)的信息獲取”課題,其中兩項(xiàng)成果在2007年初通過國(guó)家教育部組織的專家鑒定,受到高度評(píng)價(jià)。在此期間,他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了分布式半實(shí)物仿真的“目標(biāo)與環(huán)境共存時(shí)的信息獲取實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”,在為中國(guó)船舶工業(yè)總公司系統(tǒng)工程部開發(fā)的“基于昆蟲復(fù)眼機(jī)理紅外陣列傳感信息融合的多目標(biāo)航跡處理系統(tǒng)”,該成果為我國(guó)新一代偵察車的研制做出了貢獻(xiàn),也可解決航空數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。為此獲得國(guó)家發(fā)明專利“實(shí)時(shí)多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)”,而“基于仿生學(xué)的戰(zhàn)場(chǎng)光電信息感知系統(tǒng)”成果獲中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司2011年度科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
與此同時(shí),他們還在“973”項(xiàng)目的支持下完成了“多天線GPS/INS融合姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)”的研究開發(fā),獲得了高精度高動(dòng)態(tài)的性能。該技術(shù)經(jīng)過多家單位試用,均取得非常好的效果。該項(xiàng)成果于2007年1月通過國(guó)家教育部組織的的成果鑒定,獲2008年度陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
2007~2011年,又主持完成國(guó)家“973”項(xiàng)目“基于視覺認(rèn)知的非結(jié)構(gòu)化信息處理理論與關(guān)鍵技術(shù)”中的“基于多源異構(gòu)信息融合的空中目標(biāo)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)”課題,獲得“優(yōu)秀”評(píng)價(jià)。針對(duì)國(guó)防領(lǐng)域信息處理的重大需求,與航天某單位合作,把“973”項(xiàng)目的研究成果應(yīng)用于國(guó)家重大工程項(xiàng)目,取得重大應(yīng)用成果?!盎诙嘣葱畔⑷诤系亩嗄繕?biāo)跟蹤理論、技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)”成果獲2010年度國(guó)家教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng),而“基于異構(gòu)信息融合的非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)估計(jì)技術(shù)及應(yīng)用”成果獲2011年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
由于長(zhǎng)期從事信息融合研究并取得令人矚目的研究成果,受總裝備部邀請(qǐng)擔(dān)任“導(dǎo)航、定位與測(cè)控技術(shù)專業(yè)組”專家,為國(guó)防建設(shè)獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。2009年起,主持某國(guó)防“973”項(xiàng)目中的“XXX目標(biāo)融合理論和方法研究”課題,旨在提出新的異構(gòu)信息融合處理方法以解決某軍事應(yīng)用的重大理論問題;2012年起,又作為首席科學(xué)家主持1項(xiàng)國(guó)防“973”項(xiàng)目“XXX信息處理理論與方法研究”,為解決某復(fù)雜軍用網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同信息處理問題建立新的理論和方法。
在國(guó)家“973”項(xiàng)目的支持下,韓崇昭及其團(tuán)隊(duì)初步研發(fā)了多平臺(tái)協(xié)同目標(biāo)探測(cè)、跟蹤與識(shí)別方法。該方法是以多平臺(tái)之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸通道進(jìn)行支持,多平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同探測(cè)、協(xié)同攻擊和協(xié)同防御的信息系統(tǒng)。2010年,總裝備部科技委李濟(jì)生院士給出的評(píng)價(jià)認(rèn)為:“西安交通大學(xué)在信息融合方面的研究成就得到國(guó)內(nèi)同行專家,尤其是國(guó)防應(yīng)用部門專家的高度認(rèn)可,其成果有望為我國(guó)國(guó)防建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)?!?/p>
繁華與喧囂褪盡,回望韓崇昭的每一次成功,我們看到的都是光環(huán),而其中一路走來的艱辛,唯有他自己才能咀嚼得到??梢钥隙ǖ氖牵诓粩嗟乃伎贾?,韓崇昭享受到了科研的奧妙和樂趣。
專家簡(jiǎn)介:
韓崇昭,西安交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院教授,是我國(guó)有重要影響力的自動(dòng)控制專家。他的主要研究領(lǐng)域是:多傳感信息融合、隨機(jī)控制與自適應(yīng)控制、工業(yè)過程控制與優(yōu)化、非線性頻譜分析以及決策理論與決策支持系統(tǒng)等,近年來主要從事信息融合理論與應(yīng)用的研究。他在其研究領(lǐng)域有很高的學(xué)術(shù)造詣,并在許多重大科研項(xiàng)目中做出重要貢獻(xiàn),是我刊2009年1期用“愿得此身長(zhǎng)報(bào)國(guó)”題目報(bào)道過的我國(guó)信息融合著名專家。
韓崇昭教授的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)之一是浩瀚的學(xué)術(shù)專著,包括《隨機(jī)系統(tǒng)理論》、《泛函分析及其在自動(dòng)控制中的應(yīng)用》、《多源信息融合》、《隨機(jī)系統(tǒng)概論——分析、估計(jì)與控制》(上下冊(cè))等專著,更重要的是科研的學(xué)術(shù)創(chuàng)新和重大應(yīng)用,其理論建樹不僅體現(xiàn)在他的學(xué)術(shù)專著中,而且在信息融合等理論發(fā)展方面做出獨(dú)創(chuàng)性的貢獻(xiàn),其理論成果也在三峽工程、國(guó)防建設(shè)等重大項(xiàng)目中實(shí)際采用并取得顯著效果;因而多項(xiàng)成果獲得獎(jiǎng)勵(lì),特別是信息融合在國(guó)家重大工程項(xiàng)目中的應(yīng)用獲得2011年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。由于他在自動(dòng)控制和航天領(lǐng)域等方面的重要貢獻(xiàn),獲得2013年度楊嘉墀科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng),并被評(píng)為“2013年度科學(xué)中國(guó)人年度人物”。