韩崇昭:仿生信息融合的开拓者

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  “两弹一星”功勋奖章获得者、中国科学院院士、国际宇航科学院院士杨嘉墀先生生前设立的杨嘉墀科技奖,旨在对自动化领域及宇航控制领域内,从事学科理论与方法、技术与系统、工程与应用的研究及实践做出成绩的科技人员,以及对学科发展、国民经济及国防建设有推动作用的科技工作者给予奖励。西安交通大学韩崇昭教授在获得2011年度国家科技进步奖二等奖,从人民大会堂捧回获奖证书不久,又荣膺2013年度第三届杨嘉墀科技一等奖,在此基础上他也荣幸当选为2013年度“科学中国人年度人物”。也许,在韩崇昭的身上,荣誉奖励从未间断过,有那么多光环照耀着他,然而此项奖励更加衬托着一种精神,就是他骨子里“行重于言”的为人行事风格。
  仿生多源异构信息融合的新思路
  人和动物有不同的感官,他们用眼睛看、用耳朵听、用舌头尝,由此获得不同质的信息,如影像、声音、味道等。大脑会把这些不同质的信息进行综合处理,以判定对象的属性、本质等,这就是自然界对异构信息的融合处理。随着现代信息技术的发展,人们同样需要不同质的传感器对于各种对象(合作目标或非合作目标)进行信息获取,而对获取的这些异构信息就需要综合处理以判定对象的类别属性、运动规律等,这就是现代信息处理意义下的异构信息融合。
  韩崇昭给“异构信息融合”这个晦涩难懂的概念赋予了一个形象的比喻。他还说,响尾蛇长了两对“眼睛”,一对眼睛就是和其他动物一样的“光眼”,还有一对红外感知的“热眼”。在动物中,用于目标识别异类信息融合的典型例子就是响尾蛇的这种光眼和热眼。光眼接收周围环境的可见光图像信息,从而可以发现目标,但是对于掩藏在草丛中的猎物却很难发现。响尾蛇的热眼接收周围环境的红外图像信息,由于温差存在,它可以准确地发现掩藏在草丛中的目标。响尾蛇的大脑顶盖对来自两类眼睛的信息进行融合,最后判定是否为可捕捉的目标。韩崇昭告诉记者,根据国际科学界当前的研究成果认为,响尾蛇大脑顶盖对两类信息的融合模式共有六种。这六种模式反映的是“多模式”的神经元对不同组合可见光和红外信息响应的能力,是自然界多源异构信息融合的典型机制。
  在异构信息融合理论研究方面,韩崇昭领导学术团队发展了仿响尾蛇异构信息融合的新机制,他们利用国际数学界正在研究的一个热门理论——随机集理论,建立了基于随机集的所谓“条件证据理论”。这种理论可以指导现代信息处理取得更好的结果。基于这一理论成果,可以用来解决目前异构信息融合中处理差异信息的难题,可以对现代化战争应用中的目标跟踪与识别、态势分析与意图推断等做出新的结果。
  为了有效实现科技成果的转化与应用,韩崇昭教授带领团队用实践检验了他们所建立的新理论方法。在目标跟踪方面,他们利用新的理论发展了新的时空配准算法,提高了目标跟踪精度。在完成国家“973”项目研究任务中,他们发明的一种基于误差传递和估计误差差分消除的目标航迹估计方法,显著提高了非合作目标的航迹估计精度。经应用单位与传统方法进行试验相比,使得目标航迹估计精度提高了一个数量级,这是仿生信息技术的一个重要突破。此外,这一新的理论方法用于某重大项目的目标分类与识别,同样取得令人瞩目的效果。
  随机系统理论研究的必由之路
  1968年末,韩崇昭大学毕业后被分配到西安的一家军工厂从事军工产品的研制生产,“援越抗美”的政治任务要求他们参与解决某航空产品中陀螺模拟计算的一个难题。所参考的文献是前苏联提供的技术资料,其中多处提到“随机扰动”和“不确定性”等术语。大学刚毕业的他,虽在学校学过《概率论》的简单知识,却难以理解这些术语的真正含义。在一些专家的带领下,他慢慢体会到“随机性”“统计规律”的奥妙。许多原来以为毫无规律的事情似乎仍有规律可循,这激发了他对“随机现象”产生了极大的兴趣。
  在后来的工作和学习中,对“随机系统”的兴趣一直相伴着他。
  1981年研究生毕业回到母校西安交通大学后,当时应新时代出版社邀请,他和同学张平平合作出版了平生第一本著作《决策、对策与管理》,其中大量列举了决策中如何处理随机问题的例证。期间,他所承担的科研项目大都与“随机现象”有关,也积累了大量相关的知识。1987年,他与万百五先生、王月娟教授合作出版了全国研究生统编教材《随机系统理论》。到了1980年代后期,信息融合在美国掀起研究热,其开拓者Y. Bar Shalom教授就是随机系统理论的集大成者。韩崇昭教授基于他在随机系统理论研究的扎实基础,于1990年代与美籍华人学者、新奥尔良大学李晓榕教授建立了密切的合作关系,共同研究估计融合的基本理论问题。
  在韩崇昭看来,他在信息融合方面取得的成果,主要得益于在随机系统理论方面的坚实基础,只有拥有这样坚实的理论基础,才会在工程应用方面不断产生更多的新思想和新方法,并不断取得新成果。
  “愿得此身长报国”的理念沉积
  天资聪颖、勤奋好学的韩崇昭虽然出身贫寒家庭,但从小就学习成绩优异,在大学时代更把科学报国作为他人生的最大理想。
  1968年,韩崇昭从西安交通大学电机工程系毕业后本来计划继续深造,但当时文化革命尚未终结,他被分配到企业从事军工产品的研制。在企业工作10年之后,才于1978~1981年在中国科学院研究生院攻读了自动控制专业研究生,有幸得到我国首批授予的硕士学位。毕业后至今,他又回到母校西安交通大学扎根从事教学科研工作。虽然从教年龄偏大,但他因工作勤奋于1987年晋升副教授,1990年破格晋升教授,1993年被国务院学位办批准为博士生导师。他也曾远赴英国伦敦城市大学控制工程中心、维也纳国际应用系统分析研究所(IIASA)和奥地利国家科研部所属研究机构、奥地利维也纳技术大学、美国新奥尔良大学等从事合作研究和技术交流,其最大的愿望就是获得更多的知识为祖国服务。
  他也曾长期担任西安交通大学信息与控制工程系副主任、电子与信息工程学院副院长、控制科学与工程系主任,还担任西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室副主任、陕西省人民政府参事、中国自动化学会理事、《自动化学报》编委、《IET Proceeding Radar, Solar
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