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在許多人看來，數學這個傳統學科，推導的是公式，訓練的是思維。然而，國防科技大學理學院的數學教授們卻並不局限於此，他們創造性地運用一個個數學公式、算法、方程，破解難題，讓數學在加快轉變戰鬥生成模式中發揮出巨大的幾何效應。近日，他們解密瞭幾個故事 一個方程值一個億 曾經，我國遙感衛星的圖像質量不盡如人意。圖像就像電視信號不好時一樣，畫面佈滿瞭“雪花”。 該校理學院的數學專傢瞭解到這一情況，試圖運用數學方法來提高圖像質量。團隊成員抱來一大摞成像方面的書籍進行系統學習，又到衛星研制單位、用戶單位及各相關部隊進行實地調研，逐漸掌握瞭遙感成像的原理和特點。 專傢們想，將衛星圖像質量不高的問題描述成數學語言，並將誤差擴散過程轉換為一個二維函數方程，然後對這個函數進行求解，從而使受到噪聲斑點污染的圖像恢復本來面目。 科學研究總會出現這樣的問題：理論上看似行得通，實踐中卻做不到。他們發現，這個二維函數方程求解，隻適用於處理光學圖像處理，對處理雷達圖像隨機噪聲斑點問題完全無效。 找準瞭突破口，問題就好解決瞭。他們先對二維函數方程進行改造，再將圖像目標特征信息放到方程中去求解。經過多年攻關，終於建立起一個全新的偏微分方程。就是這個方程，一舉將圖像質量提高瞭30%，達到國內領先、國際先進水平。 在慶功宴上，一位部隊領導感慨地對該院數學專傢說：“你們的這個方程能值一個億。” 一個算法救活一項裝備 有一次，某型號裝備在演示驗證中，目標測量數據出現大誤差，嚴重影響裝備定型。 研制單位想到瞭該院數據分析技術創新團隊。求援電話打過去，3名教授猶如戰士接到瞭出征的命令，立即動身趕赴試驗現場。 瞭解情況後，專傢們一時也難住瞭：目標測量數據誤差很大，裝備對數據預報精度要求卻很高。他們面臨的問題，就好比隻給你100個已知數，卻要求在很短時間內準確解算出1萬個未知參數，傳統計算理論及方法根本無能為力。 面對裝備研制人員焦急而充滿期待的目光，3名專傢決定背水一戰。他們在條件艱苦的試驗場安營紮寨，每天工作到深夜，餓瞭吃方便面，困瞭就在臨時搭起的實驗室場和衣而睡。 60多個日日夜夜，他們經歷數不清的挫折和失敗，終於從紛繁復雜的數據中，鎖定瞭影響目標測量預報的關鍵參數，找到瞭解決問題的突破口，將動力學模型與數學模型結合起來，創造性地提出瞭一個新的算法，既能大大減少需要運算的參數，又兼顧到速度和精度要求。 試驗表明，他們創造的這一全新算法，徹底解決瞭數據預報誤差問題，精度大大提升。一個算法救活一項武器裝備，這個故事被傳為佳話。 一個軟件提高一個定軌精度量級 分佈式衛星的定軌精度，是衡量一個國傢空間技術發展水平的重要標志。我國由於在這方面起步較晚，相對定軌精度要比國際先進水平低兩個量級。 我國組織多領域專傢經過10餘年聯合攻關，各分系統有關定軌精度的技術指標取得瞭重大突破。然而當總體單位“組合”試驗時，卻出現瞭令人驚詫的結果：精度與當初的設計要求相差甚遠。 問題出在哪裡？偌大一個系統，任何一個地方出現的一個微小問題都可能導致誤差成幾何式增長，要查找出癥結所在，如同大海撈針。 時間已臨近春節，參與聯合攻關的該校理學院一位年輕博士退掉回傢的火車票，像平常一樣鉆進實驗室開始攻關，連續幾天的試驗數據分析驗證後，臘月二十七這天晚上，隱隱約約地發現精度誤差隨著時間呈一定規律性變化。 誤差和時間有關！他立即著手進行數據誤差分析，並將時間處理程序嵌入到一個相關軟件中。經過實驗驗證後，再用這個改進後的軟件進行有關數據處理時，誤差消失瞭，精度完全達到要求！ 研制單位按照他改造的這個軟件，用來校準衛星時鐘精度和進行相對衛星相對運動軌道參數處理，難題迎刃而解，完美地將衛星相對定軌精度提高一個量級。 一個公式改變瞭一支部隊 “雷達站為什麼要建在偏遠山區？”最初，當該校理學院數學教授提出這個問題時，不免讓人覺得有點“太業餘”。 “如果拋開測距，僅通過測速來定位行不行呢？” 不行。國際經典“測距—測速定位”理論早有結論：僅憑速度數據無法解算出飛行器的具體位置。 從測控部隊調研回來，數學教授們仍在思考，如果能突破這一傳統經典理論，就可以改變部隊的傳統測控方法，不僅官兵可以走出偏遠山區，而且能極大提高部隊戰鬥力。 不久，部隊送來一次導彈試驗測量參數，請求他們幫助進行數據分析處理，教授們欣然受命。然而，當他們將幾組測距、測速數據放到計算機中進行運算時，發現其中一個測距雷達並未測到應該測到的數據。 按照傳統計算理論，少瞭一個已知數，方程解不出來，也就無法算出彈道精度。 怎麼辦？數學教授們又想到瞭拋開測距來定位的創新思路。於是，他們嘗試性地將一個相應的測速參數替代這個測距參數，再算。奇跡出現瞭他們得出瞭準確的彈道精度。 但是，一個參數的替代，並不說明可以完全拋開測距。對傳統經典理論的挑戰，必須要提出一套令人信服的全新理論，並通過實驗驗證。 於是，一場挑戰經典的攻關打響瞭。這期間，不知經歷瞭多少曲折和失敗，也不知熬過多少不眠之夜，專傢們終於發現瞭一個不曾被人註意的關鍵因素：時間。他們把時間的連續性轉換為相應的空間信息，再轉換為數學方法，然後進行建模仿真，如此反復推算驗證，最終提出瞭一套全新的全測速定位理論，建立瞭全測速定位的核心數學公式。 有關部門將這一創新成果應用於測控部隊，徹底改變瞭傳統雷達測控體制。如今，這支部隊的測距雷達站全部撤出偏遠山區，遂行任務時，官兵們隻需用一臺車載測速雷達到達指定在點就可以完成測控任務。（來源：科技日報） |
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