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水声的力量
——记中国工程院院士杨德森教授
作者:唐晓伟          文章来源:工学周报     点击数:9666     更新时间:2015/12/11 15:39:52

127日,当听说自己在中国工程院发布的“2015年院士增选名单”榜上有名时,杨德森的心情很平静。他想起了恩师杨士莪院士说过的一句话:“赞誉本非你一人所有,是众缘相合,实在不必沾沾自喜;诋毁亦非天大事,己错则改,人错宽容,也不必沮丧犹疑。总之你就是你。”

杨德森处在一个国家迫切希望实现海洋强国梦想的时代,这是一个水声科研工作者成长、进步最好的机遇。作为我国科学事业发展的参与者,尤其是水声事业发展的亲历者,能够把自己毕生的精力投入到这项事业中,并得到肯定,他深感幸福、欣慰和自豪。从他1977年考入我校水声工程系初识水声,到其团队的矢量水听器技术获得国防科技进步一等奖;从他1982年留校任教初登杏坛,到其培养的60余名硕博生学有所成、所带团队获教育部嘉奖,数十年来,杨德森扎根在聚集国内水声技术人才培养和基础研究最优质资源的高校,始终立足水声工程学科,不懈追求满足国家重大战略需求的水声事业,执着于探寻水声的力量。他见证了从我校走出去的人才占据了我国水声科研的大半壁江山,见证了我校立足特色、谋海济国,服务国家重大需求的发展步伐,而今,这枚沉甸甸的“院士”勋章,饱含对这种忠诚、执着与服务国家能力的肯定和赞赏,国家将它戴在了包括杨德森在内的全体哈工程人的身上!







做满足国家战略需求的科研

 

如果没有声音,这个世界就会沉寂得失去信心和活力;如果没有声音,我们的生活就会倦怠得放弃理想和追求——这是声音的力量。到目前为止,人们发现只有声波能在海水中远距离传播,无线电波、光波等都因海水强烈的吸收而无法远距离传播。于是,水声工程学科应运而生,其重要性在于——几乎所有人类“下五洋捉鳖”的梦想,都主要依托它的发展来实现,这是水声的力量。

“水声工程”是对水下声波的发生、传播和接收过程中声学特性及其应用的研究。简单说来,这门学科研究的问题主要就是如何将人类“耳朵、眼睛和嘴巴”的功能,延伸到水中。这个比喻之所以形象,是基于水声学作为一种远距离水下信号传递技术,成为了人类在海洋中的一种“器官放置”。最大限度地对水中航行器减振降噪,提供更大的安全隐蔽性,同时更灵敏迅速地捕捉对方的噪声声波以知己知彼,打造水下的“千里眼”和“顺风耳”,这是对杨德森科研的简单解释。

春秋战国时期的政治家、军事家管仲说:“凡兵有大论,必先论其器。”随着海洋作为世界军事力量角逐战场的地位日益凸显,对水中目标的探测能力和自身水下航行器隐蔽性的战术要求日益提高,各国海军都高度重视对水下结构的减振降噪和声呐探测技术的研究。沉默是金,可对于出没在深海碧波间的各种水下航行器来说,“沉默”比黄金更珍贵,因为它事关潜器存亡。这项作为具有重要国防意义的研究,在各国都被列为高度机密的前沿领域。

“声呐”主要用于对水下目标的探测、定位及识别。传统声呐受技术限制,探测能力的提高通常依靠不断加大基阵体积、重量来实现,这在使用上有很多不便。在茫茫大海中,当海洋的背景噪声大于水下航行器的噪声时,如何让声呐具有“众里寻她千百度,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处”的较高分辨率和准确性?1997年,在杨士莪院士带领下,杨德森团队突破多项关键技术,研制成功了我国第一套水下声矢量信号接收装置——矢量水听器,建立了水下声场的矢量探测模式,矢量声呐由此诞生。其重量、体积和能耗远不及普通声呐,而目标侦测距离却远达1倍以上。它成为新型声呐技术的重要支撑,也使我国成为掌握这项技术的少数国家之一,社会与军事效益难以估量。这个消息甚至给某些国家带来了很大的震惊和惶恐,多国媒体都曾表示“对中国掌握这项技术的‘担忧’”。有关部门和专家说:“矢量水听器技术是我国水声领域最具代表性的创新技术,对改善和提高我国声呐装备技术水平产生了巨大的推进作用,促进了我国水声国防事业的发展。”该技术获2011年国防科技进步一等奖、2012年国家科技进步二等奖。

潜器的声隐身性能是其生存和攻击力的保障,评价声隐身性能的关键是对其进行水下辐射噪声的测量。当潜器噪声较低时,按照规定在远场测量难以实现,也就无法评价其声隐身性,这成为困扰我国对各型低噪声潜器性能评价和确定新型潜器研制指标的瓶颈。杨德森团队历经七年,研制成功了我国首个“机动式低噪声潜器辐射噪声测量系统”,为我国低噪声潜器辐射噪声测量开辟了新途径,获2008年国防科技进步一等奖、2009年国家科技进步二等奖。

一项项国家级奖励是对杨德森团队满足国家战略需求的科研成果的肯定。杨德森说:“我喜欢挑战和冒险,喜欢做一些有创新、有开拓意义的工作。如果总是墨守陈规、别人咋走我也咋走,有什么意思?”在他的血液里,有着“不安分”的粒子。

十年磨一剑,转身自傲然。无论在赞誉和表彰中,还是在科研早期的质疑声中,他都一如既往——在逆境中勇敢启程,在顺境中保持清醒,这需要胆识、智慧和魄力,更需要为国家多做事,做最需要、最重要的事的担当与渴望。

一往无前的“坦克”

 

1994年,第21届国际声图像大会在美国召开,这是国际声学界高水平的学术会议。杨德森因论文《菲涅尔积分在水下噪声源识别中的应用》引发关注。美国四大海军基地之一的“圣地亚哥海军基地水声所”专门邀请杨德森做了《水下声成像技术》的学术报告。作为来自中国大陆的第一人,当他看到对方演示的“海上三维水声对抗仿真技术”时,很受触动:要想在国际交流中有话语权,要有国家实力做后盾。通过专业所长,让国家在水声领域更强,这是他的目标。

目标的达成永远不是一蹴而就的,而是一个个坚定脚步的水到渠成。20世纪80年代,杨德森根据信号处理技术的发展,提出了“修正的单基元水下目标被动测距方法”,把美国人提出的单基元水下目标被动测距方法的测距精度提高了数倍。

准确地识别水下结构的主要振动噪声源并进行分类,是声隐身工程成败的关键。20世纪90年代,杨德森提出了“偏相干与谱分析方法相结合方法”、“水下声强测量方法”、“水下声成像测量方法”、“偏相干测量分析方法”等水下噪声源识别的新方法,以实现对各种水下航行器减振降噪的目标——声隐身工程,解决各类噪声源的识别与分离难题,并建立了国内第一套水下声强度、声全息成像测试系统。目前,这些方法已成为该领域噪声源分析识别的主要方法。

他解决了我国小型水下航行器实航状态下的内部噪声振动测试问题,在国内建立了第一套专用的内测系统,填补国内空白;他在国内首次进行新型水下结构研制中的声辐射强度测量,解决了噪声监测的难题,达到国际领先水平。2006年,杨德森提出了非线性噪声控制的新概念,并历时八年湖试和海试终于获得成功,证明了该新方法的可行性和明显的技术优势,为水下结构声隐身工程提供了新的技术手段。

理论的突破、数据的取得,离不开工程项目和海上实验,而杨德森是实验场上的常驻将军。西安试验现场,为了更好地接收声音信号,通宵连轴转对他来说习以为常;南海水声考察,甲板温度高达50度以上,烫得没处落脚,长时间的海上试验,淡水告罄,他和同志们就把压载水仓漂着油污的水烧开了喝,在三个月的考察中体重下降40多斤;青岛声呐海试,从11月到大年三十儿,他一直紧盯实验场,天寒地冻的码头,电烙铁烫不开焊锡……在校园里,时常会看到杨德森头戴前进帽、身穿休闲服、很有“学术范儿”的身影,他的行事风格、举止作派带有鲜明特点。熟悉他的人说:“他就像一辆坦克,一旦认定方向,就会一往无前。”30余年的科研历程,杨德森孜孜以求,每一项成绩都是脚踏实地的努力获得的实实在在的收获。他有着站在时代前沿的敏锐头脑和超前思维,所以,他的工程经验、科研经历使他能够从更高处着眼,从国家需求与学科发展的战略高度去看某个领域的发展方向。

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文章录入:赵琳琳    责任编辑:赵琳琳 
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