李启虎:用声纳建起海底长城
温州学人对话录
2006年12月14日
 

  

  采访对象:李启虎水声信号处理和声纳设计专家 中科院院士(以下简称李)

  特约主持:金辉(以下简称金)

  院士穿着一件茄克衫

  声波是人类目前所知惟一能在海水中远距离传播能量的形式。因为海水是电的良导体,电磁波、光波在水下传播时会很快地以热的形式耗散掉,所以潜艇在水下活动时是漆黑一片的世界,而利用声波检测水下信号,识别目标,通讯等的声纳设备就成为潜艇的水下耳目。

  声纳在国民经济(海洋利用和开发,如沉船探测、水下探宝、水下油气资源勘探、海难救助等)和国防中均有广泛的用途。

  1912年英国豪华巨轮泰坦尼克号在首航中撞上冰山而沉没,一个月后,英国人理查德逊向英国专利局提出用水声定位方法测定冰山位置的专利申请。

  1914年法国科学家朗之万和俄国工程师基洛夫合作,发明了回声定位技术。

  声纳的研究是由于战争的需求而迅速发展起来的,在第一、第二次世界大战中,由于潜艇的使用,各海洋大国对声纳的研究投入了大量的人力、物力。

  上世纪50年代,由于出现了可以长期在水下潜航的核潜艇,特别是低噪声的隐形潜艇的投入使用,各海洋大国对声纳的研究给予了特别的关注。

  我国有一支从事声纳设计、研制的优秀科技队伍,他们默默无闻地战斗在国防科研战线,用声纳技术建起了海底长城,为祖国的强大贡献了力量。中国科学院院士、中国声学研究所前所长、国家863计划海洋监测技术主题专家组首席科学家李启虎就是其中的一员。他是我们温州人。

  记得在李启虎当选中国科学院院士不久,曾来过温州,我在温州工业研究院采访过他。这次可说是久别重逢,我们也就少了几许陌生的拘谨。他看起来仍还年轻,充满活力,看上去好像是五十多岁的模样,怎么也难以想象他是位年近古稀的人。那天,李先生穿着一件茄克衫,是深黄色的,配着领带,显得更加潇洒自在。只是他的皮肤有些黝黑,大概是经常在海上做试验被海风吹的。其实,他的最大特点是那双眼睛,尽管在眼镜的后面,黑黑的,亮亮的,特别的炯炯有神,熠熠生辉。一看就是位很有智慧的科学家。

  那天是星期天,他不休息,仍在办公室,得知我们来了,还特地到大门口迎接我们,把我们领进他的办公室——德昭楼。

  声纳——水中的耳目

  金:您的名字在温州人心目中就是一位大科学家的形象,其实不少人也仅知道您是研究水声信号处理和声纳设计的科学家。俗话说,隔行如隔山。您研究的学科对于我们来说太生疏了,乘此机会是否简要地介绍一下?

  李:你一定知道意大利文艺复兴时期多才多艺的大师达·芬奇。他不仅是画家,留下著名的《最后的晚餐》、《蒙娜利莎》等不朽的传世之作,同时还是一位造船工程师。1490年,也就是哥伦布发现美洲大陆的前两年,他在一本笔记里留下了这样一段文字:“如果使船停航,将长管的一端插入水中,而将管的另一开口放在耳朵旁,则能听到远处的航船。”这就是我们研究的现代被动声纳的雏形。

  现代的各种声纳,包括军用和民用的,几乎都是利用在水下的水听器陈列再加以信号处理来探测目标的。例如美国的岸用反潜艇预警体系,就是在沿着美国东西海岸布放上千个水听器来接收信号的。所有的信号被传送至反潜数据处理中心,提取有关目标的信息。在经济建设中的最大应用是在近海寻找石油。我国近年来采用拖曳式线列阵声纳在渤海、南海、东海找到了丰富的油气构造。

  自1996年开始,我国将海洋领域纳入863计划,积极推动海洋监测高技术的发展,其中,水声监测技术取得了巨大进展。我曾经在国家863计划海洋领域工作了8年。

  金:在采访您之前,有朋友告诫我,念文科的采访科学家,沟通肯定会有许多困难,就是把科学家研究方向听听明白也不知道要花多少时间。确实如此,今天听您的一席话,我也是勉强有点明白。为此,我在想,您的专业都是数据,那么您的生活会不会显得很枯燥,当时您怎么会选择这个专业的?

  李:福楼拜说过,“科学与艺术在山麓下分手,在山顶重逢。”你说的枯燥,在我们看来是丰富,遨游其中其乐无穷。科学与艺术的结合,是科学普及的新路子。今天的采访,也是科学的普及呀。

  至于专业的选择,先从我的小时候说起。我6岁读小学,第一所学校是艺文小学(现瓦市小学),五年级时,母亲要我转学到离家远些,但考中学好些的第一小学(现广场路小学),现在广场路小学也称我是他们学校的学生。

  我对理科的喜欢是1951年考入温中之后。我在那里遇到了非常好的老师,不论是初中还是高中的,影响我的一生。如初中班主任邹益皓、高中班主任潘芝培等,还有数学老师杨悦礼先生,很看重我,时常邀我到他家“开小灶”补习,师母是我们学校图书馆馆长,特许我直接到书库里找书看,从而在中学时看了不少参考书和国内外科普书籍。考入北京大学数学力学系,也曾觉得纯学有点空,希望有实际应用价值的学科。正好,1959年北大著名教授段学复组建信息论控制论专业,我就调到了这个新专业。所以我是1963年毕业于北大信息论/控制论专业的,8月分配到中科学院电子学究所第七研究室,师从我国著名科学家、中科院学部委员汪德昭先生,从事国防水声学研究。

  中国差点少了一位院士

  金:哦,汪德昭先生可是中国著名科学家,他好像是留学法国的吧。你们的办公大楼就是以他的名字命名的——德昭楼。

  李:是的。他是中国水声学界的元老,德高望重,令人敬仰。水声学的真正快速发展是由于第一、二次世界大战的推动。为了对付潜艇,参战各方都投入巨大的人力和物力研究水中的回声定位技术,其中,奠基性的工作应是法国著名物理学家朗之万的研究成果。他使用了一种石英-钢的夹心换能器,同时又利用真空管放大器,这是电子学在水声中的第一次应用,我的老师,中国科学院学部委员汪德昭先生就是二战前到法国与朗之万共事的中国科学家。

  说个小故事,如果没有他,我可能是温州一所中学的教师了。

  金:是吗?那就把这个故事说给我们听。

  李:我是1969年结婚的。妻子黄小萍是温州人,当时在温州机械仪表局工作。结婚后,夫妻长期分居两地十分不方便,我曾萌发从北京调回温州的想法,并到温州找有关部门要求过。当时正值“文革”,温州不少单位停产闹革命,工厂关门,学校不开课,谁还要人呢。由于我们属于国防科工委领导的,当时为部队编制,曾通过部队找到温州市有关部门。家乡也算是照顾部队,有关部门答应安排,听说打算安排我到三溪中学当教师。当时,我在办公室与温州方面在联系,汪德昭先生就坐在我旁边,极力劝止我不要回去,他表示他会千方百计让我们夫妻团聚的(“文革”期间汪先生自己受到不公正待遇,当时无职无权)。当听到温州安排我到三溪,心想三溪到市区还有段路,每天骑自行车,怎么吃得消。正犹豫之际,汪先生果断的眼光鼓励了我下定决心,不回温州。1977年,国家有关部门给了中国科学院400名进京名额,其时汪先生已重新担任声学所所长,他为我争取到了一个名额。我的妻子于1978年调到我们所工作。现在她已退休了。

  命运就是如此会捉弄人,所以我是很感激汪德昭先生的。

  金:是啊。如果调回温州,也许温州多了一位优秀的中学教师,而对中国来说却少了一位中国科学院院士,一位从事水声信号处理和声纳设计的科学家。人生在世,成功与失败,往往只有一念之间。

  我觉得,汪老先生的识才、爱才的眼光,也体现出了老一辈科学家的思想境界和胸怀。他们的眼光才是真正的战略眼光啊!现在,我明白了这幢德昭楼的分量和价值。

  我从您的简历看到,当您到美国大学访问时,正是出国热时期,您怎么没有想到留在国外啊?

  李:1984年,我应邀到美国普林斯顿大学电子工程和计算机科学系作访问学者。这里曾经是爱因斯坦工作过的地方,实验室、图书馆资料等条件都很好,我研究工作的内容是美国空军、海军的有关基础工作,学习到了许多东西。当时的合同是一年,工作了三个月之后,该系的系主任就找我,说他们有足够的经费,欢迎我一直留在美国工作。但是当时我正参与筹备中科院和美国IEEE协会的第一次科学讨论会,所以我工作了不到两年,在开会前夜就回国了。

  金:我发现许多科学家很看重的是爱国之心,我在您的身上同样看到了您的拳拳爱国之心。

  您是否给我们说说您的家庭?

  李:前面已谈到我夫人黄小萍也是温州人,在我当所长以后,因为工作太忙,她为了支持我的工作提前退休了。我有两个儿子,大儿子中国科技大学毕业,现在加拿大工作;老二是上海交通大学毕业的,现在美国攻读博士,我们的家是“空巢家庭”。院士是不退休的,因此我每天还工作着,仍显得很忙。我的父母亲早年去世了,现在还有一个哥哥在沈阳,大姐在平阳医院工作,二姐是北京师范大学无线电系教授,他们都已退休。我岳父、岳母还住在温州市区七枫巷。

  李启虎,1939年7月出生在温州市区北鹿巷。1957年从温州中学毕业,考入北京大学数学力学系。毕业后一直在中国科学院声学研究所工作,曾应邀在美国普林斯顿大学电子工程系工作。

  长期以来,他从事信号处理理论和声纳设计、研制工作,并结合我国浅海声传播的特点,应用信息论、数字信号处理、水声工程等理论,解决了一系列水声信号处理中的问题。他解决了在时间上非平稳、在空间上不均匀的噪声场对经典理论应做的修正问题。提出了指导声纳设计的重要依据——声纳方程的一种新的表达方式。在水下目标的被动检测中提出利用声信号的相位信息估计目标方位的新方法,还提出了用自适应阵处理方法完全分离在空间上不重叠的多个点源信号的新算法。在数字声纳设计中首次提出动态波束成形、可编程数字滤波、变采样率运算、类卡尔曼滤波和灰度变换技术。还提出用聚类分析方法设计用于水下目标识别的简易专家系统等。

  他发表的专著有《声纳信号处理引论》(海洋出版社)、《数字式声纳设计原理》(安徽教育出版社),获当年国家出版总署图书国家奖提名奖。40年来发表论文约80篇,获国家科技进步一等奖1次,中科院科技进步一等奖2次,二等奖2次,国防科工委科技进步二等奖1次,中船总公司科技进步一等奖1次,二等奖1次。1989年获国防科工委“献身国防事业勋章”,1992年获国家计委、国防科工委、国家科委、财政部“军工配套先进个人”称号,受到江泽民、李鹏等同志的接见。1994年获中国科学院“优秀党政领导干部”称号。2000年获人事部、中科院“先进个人”称号。1997年当选为中国科学院院士。

  中国科学院是中国最高级别的科学研究机构,声学研究所是其下属的一百二十多个科研单位之一。据悉,在中国科学院有两位温州人任过下属研究所的所长,一位是新中国考古学奠基人、著名考古学家夏鼐,曾担任过中国考古研究所所长,另一位就是李启虎了。