杜蘭：研究雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的花木蘭

李直+張行勇

杜蘭，一位80后溫柔淑雅的女子，雖然年紀(jì)輕輕，但已從事雷達(dá)信號(hào)領(lǐng)域最為困難的研究方向之一—雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)十余年。

師出名門，花香自苦寒來

“早在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)我就已經(jīng)開始接觸了雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別，這個(gè)方向是我的導(dǎo)師保錚教授替我安排的，后來通過一段時(shí)間的研究，我逐漸了解到雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別是一個(gè)很小眾的科研方向，研究起來很難，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，在保老師的團(tuán)隊(duì)中沒有老師專門去負(fù)責(zé)。”杜蘭說。

已至耄年的保錚教授是我國(guó)雷達(dá)研究領(lǐng)域的學(xué)術(shù)權(quán)威，1991年他當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員（院士）。

據(jù)了解，雷達(dá)目標(biāo)識(shí)技術(shù)在上世紀(jì)80年代就被美國(guó)列為國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)之一，這意味著它是關(guān)乎一個(gè)國(guó)家防御能力的重要技術(shù)范疇。同時(shí)涉及雷達(dá)目標(biāo)識(shí)研究的問題，也一直都是學(xué)科中難啃的硬骨頭。

因?yàn)槔走_(dá)目標(biāo)識(shí)別是一個(gè)交叉方向，除了傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)、信號(hào)處理之外，還涉及機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別，要通過回波特性分析目標(biāo)屬性。而對(duì)于虛假或偽裝目標(biāo)的識(shí)別，人們要確定一個(gè)基準(zhǔn)的門線，以區(qū)別判斷真實(shí)目標(biāo)與虛假或偽裝目標(biāo)。

“碩博學(xué)習(xí)期間，我集中研究了高分辨雷達(dá)回波特性分析和統(tǒng)計(jì)建模。保老師一直很強(qiáng)調(diào)物理概念，所以，我們的研究在結(jié)合雷達(dá)回波特性方面是很有特色的，也發(fā)表了多篇高水平的國(guó)際論文。”杜蘭說。

據(jù)悉，杜蘭的博士學(xué)位論文曾獲得全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)。但獲得博士學(xué)位僅僅是邁入研究難題領(lǐng)域的第一步，在接下來的研究中，還特別需要具備最新的機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別方面的知識(shí)。

“出于這個(gè)原因，2007年9月，我前往美國(guó)杜克大學(xué)進(jìn)行博士后訪問學(xué)習(xí)。我所在的Lawrence Carin教授研究小組在有關(guān)統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)方面在國(guó)際上很有名氣，我在該小組做的是基礎(chǔ)的貝葉斯統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)研究。”杜蘭介紹說。

在杜克大學(xué)，學(xué)校有一項(xiàng)“Safe Ride”的福利，就是學(xué)校為了保障學(xué)生安全，晚上可以免費(fèi)送住在附近的學(xué)生、博士后回公寓。那時(shí)候杜蘭經(jīng)常工作到凌晨一二點(diǎn)，甚至三四點(diǎn)，獨(dú)自一人叫SafeRide。時(shí)間長(zhǎng)了，一個(gè)白頭發(fā)、白胡子的司機(jī)認(rèn)識(shí)了她，經(jīng)常在回家的路上和她聊天，問關(guān)于中國(guó)、關(guān)于科研工作的問題，還說到做科研工作非常辛苦的事。回想起這段小插曲，杜蘭印象很深刻。

國(guó)外學(xué)習(xí)交流進(jìn)修回國(guó)后，歷經(jīng)十多年攻關(guān)，杜蘭帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)在高分辨雷達(dá)回波特性分析的基礎(chǔ)上，獨(dú)創(chuàng)性地提出了高分辨回波統(tǒng)計(jì)識(shí)別框架，對(duì)應(yīng)了一系列由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的基于統(tǒng)計(jì)建模的識(shí)別方法。

這種方法相對(duì)于傳統(tǒng)識(shí)別方法，更適合于雷達(dá)目標(biāo)高分辨回波的特性，在應(yīng)對(duì)噪聲、干擾和在線建庫方面都更具優(yōu)勢(shì)。

此外，為了使雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，杜蘭也是最早將貝葉斯統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的學(xué)者，重點(diǎn)解決了小樣本學(xué)習(xí)和噪聲穩(wěn)健兩個(gè)關(guān)鍵性的工程應(yīng)用問題。相關(guān)成果不僅在雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別方面受到關(guān)注，在貝葉斯方法理論研究、圖像處理、生物信號(hào)分析、智能交通管理等其他應(yīng)用方面的論文中也多次被引用參考。

“雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別不僅僅是理論問題，同時(shí)也涉及系統(tǒng)工程問題。”在談到團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目獲獎(jiǎng)情況時(shí)杜蘭介紹說。

“我們?cè)趪?guó)內(nèi)首次將目標(biāo)分類方法應(yīng)用到了型號(hào)雷達(dá)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別理論方法的具體應(yīng)用......”

“一個(gè)技術(shù)理論方法的實(shí)用化是一個(gè)不斷試驗(yàn)、不斷改進(jìn)的長(zhǎng)期過程，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間很多人的努力才能實(shí)現(xiàn)。在理論研究時(shí)，可能環(huán)境的設(shè)置都比較理想，但是在工程應(yīng)用中，實(shí)際的系統(tǒng)環(huán)境、有限的系統(tǒng)資源和時(shí)間分配都與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境不同，利用有限的資源來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別的功能需要不斷地去改進(jìn)和調(diào)試，這才是在應(yīng)用中最大的困難。這個(gè)獲獎(jiǎng)的項(xiàng)目如果從初期的理論算法研究開始算起，前前后后一共經(jīng)歷了大概有15年的時(shí)間。”杜蘭說。

杜蘭所在的科研團(tuán)隊(duì)完成的雷達(dá)目標(biāo)分類技術(shù)項(xiàng)目獲得了2015年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，為提升我國(guó)現(xiàn)有裝備的信息獲取能力做出了突出的貢獻(xiàn)。

據(jù)了解，當(dāng)時(shí)因項(xiàng)目需要，杜蘭和研究生在一年內(nèi)需多次去外省某地處理數(shù)據(jù)，最長(zhǎng)的時(shí)候要待近1個(gè)月。為了保證學(xué)校的教學(xué)工作，她只能多次往返西安和外場(chǎng)地，行程最緊的時(shí)候一周要往返兩趟。

學(xué)高為師，傳承西電學(xué)風(fēng)

“談不上成就，只能說取得了一些進(jìn)展，這要十分感謝保錚老師的指導(dǎo)和引領(lǐng)。保老師教會(huì)我最基本的科研方法，首先是物理概念，其次才是數(shù)學(xué)算法，還有歸納總結(jié)的能力以及做科研的嚴(yán)謹(jǐn)和仔細(xì)。”談到目前已經(jīng)取得的成果，杜蘭十分謙虛地說。

杜蘭認(rèn)為，對(duì)物理慨念的理解很重要！“博士學(xué)習(xí)期間，保老師通過實(shí)際案例的教導(dǎo)使我明白：數(shù)學(xué)算法固然重要，但更重要的是物理概念，只有牢牢把握住要解決的物理問題，才能用對(duì)、用好數(shù)學(xué)算法。這也是我們團(tuán)隊(duì)一直在延續(xù)堅(jiān)守的一種研究理念。”

談到培養(yǎng)研究生的體會(huì)，杜蘭表示：“首先要嚴(yán)于律己，以我為表率，高標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)要求，不斷提升自己；其次是對(duì)科研能力和嚴(yán)謹(jǐn)科研作風(fēng)的培養(yǎng)。”“延續(xù)著保錚老師對(duì)我的教導(dǎo)，我十分重視引導(dǎo)學(xué)生從物理層面把握新方法、新概念，不用一味地陷入算法和數(shù)學(xué)推導(dǎo)。”

杜蘭也重視對(duì)學(xué)生論文的修改，將保錚院士當(dāng)年一字一個(gè)標(biāo)點(diǎn)修改自己論文的做法用到了她自己的學(xué)生身上，幫助學(xué)生形成標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的寫作習(xí)慣。據(jù)悉，她的團(tuán)隊(duì)一直有著堅(jiān)持讀文章、定期做工作匯報(bào)和討論組會(huì)的傳統(tǒng)，以此培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力，加強(qiáng)學(xué)生之間的交流。

“在報(bào)考研究生選擇導(dǎo)師時(shí)，看到杜老師的介紹，對(duì)于如此年輕的老師取得如此大的成就感到很震撼，也因此報(bào)考了杜老師的研究生。然而上了研究生之后感到更加震撼，因?yàn)楦杏X不管我們多早來實(shí)驗(yàn)室，杜老師都已經(jīng)坐在實(shí)驗(yàn)室開始工作了。”來自學(xué)校電子工程學(xué)院的研二學(xué)生劉彬說。

“我非常重視專家在評(píng)審和答辯時(shí)提出的意見和問題，不僅在當(dāng)時(shí)會(huì)思考回答，事后我也會(huì)反復(fù)琢磨，我認(rèn)為這些專家是在幫助我把握自己的科研方向。而相比于稱號(hào)和獎(jiǎng)項(xiàng)，這才是最大的收獲。”杜蘭說。

“我感覺科研工作貴在堅(jiān)持，學(xué)習(xí)和研究雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別問題很難！一些同學(xué)、朋友和學(xué)生也問過我，女生做科研工作是不是太苦了？對(duì)我而言，雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別這個(gè)研究方向很重要，而我們現(xiàn)在還有很多問題沒有解決，做得還不夠好。所以，因?yàn)橄矚g這個(gè)學(xué)科，對(duì)于難題我不會(huì)放棄，我有信心攻克它并能做得最好！不覺得有多苦。”杜蘭堅(jiān)定地說。

從一個(gè)西電小女生到今天的中國(guó)女青年科學(xué)家，杜蘭每一步前行都是迎接挑戰(zhàn)的結(jié)果，一個(gè)個(gè)成績(jī)的背后都是學(xué)術(shù)創(chuàng)新力量的堅(jiān)持和不懈努力的攀登。

今天，作為2015年度教育部“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”入選者的杜蘭，正以最佳的狀態(tài)繼續(xù)跋涉在“雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別”領(lǐng)域的崇山峻嶺之中。

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