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1988年1月,我来到复旦大学电子工程系任教,我在上海出生长大,但却是第一次走进复旦大学。在复旦,1988年我任副教授,1990年晋升为正教授,1993年为由国务院最后一批直接审批的博士生导师。
1988年回国后在复旦大学校园内
来复旦第一学期,我就开始讲授电磁场与电磁波全系本科生大课,约有150名学生,采用的是MIT的英文教材讲义(后来这本讲义由Prentice Hall于1993年正式出版)。在MIT时我曾担任过两个学期该门课的教学助理,在复旦我用MIT讲课与作业的同样方法,但是未能完全行得通。我们没能有MIT的大课习题辅导(lecture-recitation-tutorial,LRT)教学架构的人力投入,教学辅助力量弱。研究生教学助理只有一位,对教学投入的工作量不够,研究生学费一律由国家资助,没有学费压力;教授也无法一个人完成一个年级150多人的每周作业批改,大学生每周完成硬性的作业量不够。我后来只得大幅降低了教学要求和课外作业量。
在复旦大学为本科生上课
我担任多年的教育部电子科学技术教学分指导委员会副主任委员,多次在有关会议上讨论此事,国内各学校的情况差不多,没有一个学校采用类似LRT的模式。对于一些本科阶段重点的课程,我们可以改进的地方还很多,可以参考LRT的教学模式。
我担任的研究生课程有:“高等电磁场理论”“星载微波遥感理论”“复杂系统计算电磁学”。国内关于电磁波的教学与研究基本上是传统的静电学、微波电路、天线技术等,对于电磁波散射辐射、星载遥感、空间通信、计算电磁等涉及较少,全国的研究力量分布零散。为将电磁波科学最新进展及时地反映在研究生教学中,我作为主编联合了国内8名教授,共同编著了《复杂系统中的电磁波》,由复旦大学出版社出版,该书获得1997年国家图书奖,这是图书出版界的国家最高奖。后来,一些在国内电磁波领域崭露头角的青年学者都会谈起他们当年都学了这本书。
我想,在大学本科生与研究生中少数高质量的精英教育是十分重要的,要想方设法提供特别的平台。他们才是将来能够领头的人,许多瓶颈问题的解决、关键性的进展只有靠精英人物来推动与完成。一个队伍由一头狮子带领,还是由一头羊带领,有完全不一样的结果。
现在听说,中国科学院大学已开始大学本科的精英式教学,学生在三四年级到国外名校学习一段时间。这种方式需要持续的投资,新加坡与MIT有这样的合作教学计划,我与南开大学龚克校长都曾是这一计划的咨询成员,新加坡方面的投资是很大的,但收益有限。MIT有接纳不授予学位的短期访问性质的特殊学生(special student program)。但是,国外一流大学恐难持续接受大量的中国本科生,而若不是国外一流大学,则派本科生去是没有什么意义的。我想,一个办法是从本科开始设置有资助经费的享有荣誉学位的科学研究活动。
在教育部颁布“985计划”(注:又称为“985”工程,是我国政府为建设若干所世界一流大学和一批国际知名的高水平研究型大学而实施的建设工程)时,我主持的电磁场与微波学科作为复旦大学“985工程”的特色学科,在2001年4月全校“985工程”执行评估时,4项评分中“电磁场与微波学科”获得“预定目标完成情况、标志性成果、经费使用合理”3项第一、“学科发展”一项获第二。
我研究工作有3项主要的领域:复杂介质的矢量辐射传输理论(vector radiative transfer,VRT)与微波遥感、全极化电磁散射与合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像信息、环境与目标的计算电磁学(computational electromagnetics,CEM)与目标识别。国内20世纪80—90年代在地球环境VRT与成像SAR信息这几个领域的基础研究基本上是空白。
1988年,我申请的第一个国家自然科学基金只有3万元。着重开展密集、多层、非球形散射粒子的VRT研究,及其在植被、积雪等星载微波遥感的应用,解决了星载微波遥感中地表大气海洋的VRT遥感理论建模正演与多物理参数多类反演的理论与方法。
1992年,我还获得霍英东教育基金会首批10名青年教师科研基金。
1992年,我的“随机介质矢量辐射传输和遥感理论”获得国家教育部自然科学奖一等奖。
随后,在1993年,该项目作为公示的国家自然科学奖二等奖项目,在北京答辩。当年的答辩会先由项目评定负责人做介绍,陈述彭院士负责介绍王之卓院士的项目和我的项目。为争取王先生项目能上调评一等奖,陈先生花去了大部分时间介绍该项目,未能介绍我的项目。而我从英国约克匆匆赶回,完全没有国家奖评奖答辩的经验,答辩准备不缜密,特别是论文被引用情况只说了几个例子,没有统计数据。最后王先生的奖仍维持二等奖,而我的奖成为三等奖,说来有点可惜与意外。
1993年,在中国科学院出版基金资助下,我出版了我的第一本专著——《电磁散射和热辐射的遥感原理》。该书介绍了自然环境的电磁散射辐射传输的基本理论,总结了我从研究生阶段以来以及回国后几年的研究成果。这本书后来加印了两次。
1993年与1994年我先后获得光华科技奖一等奖与首届宝钢教育基金全国优秀教师特等奖,并在宝钢颁奖大会上作为获奖教师代表做了大会发言。
1993年,国家自然科学基金委员会(National Science Foundation of China,NSFC)设立了“优秀中青年人才基金”,我入选全国首批批准的10人,3年共获得35万经费。第二年,该项人才基金改名为“国家杰出青年科学基金”,那时我已经过了年限。之后,NSFC的经费资助是每年递增的。在纪念国家杰出青年基金成立10周年时,基金委也请我去参会。
从20世纪90年代开始,合成孔径成像雷达(SAR)技术在民用遥感技术中日益得到重视。我在1990年向国家自然科学基金委员会信息学部提出全极化SAR的研究,这是我回国后建立的一个新的科研方向。
在一些年以后,中科院电子所的宋文淼研究员坦白地对我说:“我们曾认为你的极化SAR研究建议不切合实际,虽然如此还是算批准了。但是现在我们也开始研究极化SAR,你是完全对的。”
1994年,美国航天飞机SIR C首次实现全极化SAR测量。事实上,极化SAR信息研究促进了从灰度像到矩阵成像,从单一模式到多模式,从视觉统计到智能挖掘,从有无判据到多维度科学信息的获取。现在全极化SAR是多源多模式SAR的最主要的技术。
1993年由英国皇家学会资助,在约克大学任访问教授
1993年3月,我由英国皇家学会资助,在英国中部的约克大学电子系做访问教授1年。约克是英国东北部的一个城市,曾有人说,约克的历史就是英国的历史,可见约克在英国文化与历史的地位。约克大学在英国的排名在第7位左右,排在前面的大概有剑桥、牛津、帝国理工、伦敦大学等。我在约克大学与Cloude博士合作,做全极化散射的建模研究,在 IEEETFRS 发表了数篇论文,这为后来做全极化合成孔径雷达信息获取奠定了理论基础。
在约克期间,我完成了我的第一本英文专著 Electromagnetic Scattering Modelling for Quantitative Remote Sensing (《定量遥感的电磁散射理论建模》),由新加坡的世界科技出版社(World Scientific)出版。每天晚上,我写书写得很晚,管大楼的校警保安都认识我。由于有一次约克大学出了安全方面的事故一,到夜晚,这幢大楼里可能就是我和校警,他们十分负责,都要关照我反锁好门,等我回到住处,他们才感到轻松。在国家自然科学基金成立10周年的展览中,有一块专门介绍这本专著的展牌。后来,在欧洲遥感实验室联盟ERSeL通讯(1995)上,对这本专著有专文评论,指出我是“强起伏辐射传输理论必定要提及的科学家,做出了多方面的贡献……是研究微波与生物圈相互作用的首批专家之一”等。
在英国约克大学做学术报告
1995年我在长春净月潭遥感实验场做车载微波辐射遥感实验
1993年,我当选为上海市劳动模范。
1994年,国家人事部颁发我“有突出贡献的中青年科技专家”证书。
1995年,我获得杨福家、林为干、陈述彭3位院士推荐,为中科院院士增选候选人,在那时,48岁作为候选人是很少有的,“文革”10年造成了我们那个年代出生的一批人才的断档。据说,当时几轮投票中我的选票或高或低,甚是遗憾。现在,“文革”后进大学的人才已不断成长起来,涌现了不少十分杰出的年轻的候选人。
1995年,我培养的第一个博士黄兴忠毕业,现在,他已是国家重要部门的高级科技人员,多年来主持国家安全的重大科技项目,立功受奖,领衔获得国家科技进步奖二等奖等多项科技奖励。
在20世纪80年代末、90年代初,气象卫星与海洋卫星的遥感数据已开始进入全面的业务应用,中国的风云气象卫星微波遥感也在1992年11月讨论立项,与美国国防气象卫星(Defense Meteorological Satellite Program,DMSP)上的特种微波成像仪(Special Sensor Microwave/Imager,SSM/I)的通道类似。我在该专家工作组会议上提交了SSMI通道的大气地表微波辐射理论建模与数值模拟结果,这些结果可以用来预估与验证卫星多通道遥感数据与参数反演的预研究。
1996年由美国国家研究委员会资助,在NOAA任资深研
1996年,为直接掌握卫星遥感大量业务数据的研究,我由美国国家研究委员会(National Research Council,NRC)资助,在美国国家海洋和大气管理局的国家环境卫星数据和信息服务中心(National Environmental Satellite Data and Information Service,NESDIS)做高级研究客座。
美国的政府研究机构,如美国NOAA、NASA、能源部等必须将他们的一部分经费交给NRC,由NRC在全世界范围内招聘研究人员到对应的机构做研究,薪酬也比较高,这就是高级研究客座人员(senior research associateship)。这种选人才的方法我们是可以借鉴的。
在NOAA我能直接接触每天下载的卫星数据。在NOAA一年,由于能十分及时地结合NOAA获取的防卫气象卫星(DMSP SSM/I)数据,我就多通道微波遥感的定标(calibration,CAL)与数据验证(validation,VAL),特别是积雪层的密集粒子VRT与SSM/I卫星数据的CAL/VAL,一连发表了7篇SCI刊物论文。
一年即满,我十分惦记国内留下的工作,就向NRC提出回国申请,因为按美国政府采购规定,机票都由NRC直接向指定的美国联合航空公司(United Airlines,UA)购买。NRC给我寄来了续聘文件,并电话告知:不用那么急,那个国家没人要去的。可见,美国官员的傲慢与偏见,他们本以为我肯定会接受续聘,薪酬与当时国内相比,也的确有百多倍的距离,但我再一次做出了回国选择。
1996年,我的“复杂环境中极化电磁散射与定量遥感学”项目再次获得国家教育部自然科学奖一等奖,该项目是我针对SAR的新研究极化电磁散射理论。
我当时正在NOAA,无法像现在这样方便地用EMAIL传中文文字稿。该项目材料直接由教育部按文本原稿申报,通过了国家奖的函评,进入1997年国家自然科学奖公示项目中。
但是,在当年的评奖版本中,在“项目起止年月”下面紧接的“曾获科技奖励”一栏里,由于我没有提及以前在1993年获得过的国家自然科学奖,只列出起自本项目获得的科技奖励,尽管在有关论文的作者介绍中也记载有1993年的获奖,因此而受到一位专家特别的异议和责难,并由此在很长一段时间内产生了本不该有的负面影响,令人遗憾。
自此,1997年至2011年是我回国10年后的又一个阶段,砥砺跋涉,负重前行。这段时间里确有不少令人压抑的事,往事如烟。但这段时间也是我在国内取得学术成果最显著的时期。“强行者有志,不失其所者久。”
2005年在福建草屿岛东海海域做大气波导通信实验
杨福家校长曾告诫我:Never give up,never never give up.这给了我很大的鼓励。匡定波、朱中梁、侯朝焕、吕达仁、童庆禧等院士和教育部系统也曾多次作为推荐人或推荐单位,推荐我作为中科院院士增选人选,给了我鼓励与支持,十分感谢他们!
1998年,国家海洋局海洋预报中心在国家“921 2工程”(注:中国载人航天工程)多模态微波辐射对海面观测中采用了我的风驱海面微波散射辐射的计算模块。这个计算模块起自于我在CCNY的粗糙面研究工作,我首先推动了国内随机粗糙面散射辐射的研究。“921工程”是1992年中国提出载人航天计划,其中在“神舟”(SZ 4)飞船上采用了微波辐射遥感海面环境的试验,也是后来在“嫦娥”一号中的多通道微波辐射计的先行试验。
1999年,我到香港城市大学做访问教授4个月。学校的行政机构运行及其对教授工作的高效服务给我留下了很好的印象,其国际化交流与行事规则与内地相比,有其特有的一些长处与优势。我后来也访问过香港大学、香港中文大学、香港科技大学等,情况都差不多。
我认为,大学、科研机构的行政部门应该树立服务部门的观念。中国字“管理”中的“管”字不太好,有“管制”“管控”的意思。英文对应的“manage”比较好,意思可理解为“经营”“办理”。在国内要办好一件事,真遇到过不少行政部门“管理”的干预,遇到不担当、不负责、官僚气、办不成事与己无关的管理者是很难办的。
2000年,我的“星载微波SSMI遥感理论模拟与数据验证”获得国家教育部自然科学奖二等奖。我与程大军、黄兴忠的“复合介质的电磁理论”获得上海市科技进步奖二等奖。
2005年参加复旦大学建校100周年庆祝会
“文革”之后,中国的科学技术研究迫切需要恢复发展。王大珩、王淦昌、杨嘉墀和陈芳允4位著名科学家向中央提出“关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议”,这就是称为“863计划”的“国家高技术研究发展计划”。后来,随着我国科学技术的进一步发展,为提高我国自主创新能力,坚持战略性、前沿性和前瞻性与国家重大需求的基础研究,又设立了“973计划”,即“国家重点基础发展研究计划”。
2000年,我提出国家“973计划”中的“复杂自然环境时空定量信息的获取与融合处理的理论与应用”项目。当时,“973计划”的项目建议书是要被认可的科学家推荐的,我的项目得到徐冠华、童庆禧、赵柏林3位院士的推荐,在多个项目申请竞争的形势下经过几轮答辩脱颖而出。
在项目最后一轮答辩时,国内外著名科学家与时任中科院领导的周光召院士说:“我很高兴能有这样杰出的同志参加我们的‘973计划'工作。”我对他的称赞和鼓励一直铭记在心,这是对我的肯定,更是对我的一个期望与鞭策。
但是,也有一位专家高声问:“你们就是拿外国的数据来算一下,你只能回答是或不是!”我不认识这位专家,只准许我说“是与不是”?黑格尔早就批判过这种形而上学:“是就是是,否就是否,其余都是鬼话。”作为不是该领域的专家竟如此颐指气使、盛气凌人,既不严肃,更不科学,其用意真令人疑惑不解。
我的“973计划”项目得到批准,我任“973计划”项目2001CB3094的首席科学家,这是中国第一个微波遥感“973计划”项目。项目参与单位包括复旦大学、中科院大气物理所、国家卫星气象中心、西安交通大学、南京大学、中科院寒旱所、中科院遥感所。我们在空间遥感散射辐射传输机理与信息获取、地(海)表和大气微波遥感数据验证、多源数据融合、中国水圈环境时空信息同化系统、环境与目标共存的信息提取与仿真、合成孔径雷达(SAR)与干涉合成孔径雷达(interferometric SAR INSAR)应用平台等的研究,有十分愉快的合作和丰硕的成果。
2004年,由于我们“973计划”项目中期评估的优秀成绩,我当选为国家“973计划”先进个人,并参加了科技部举办的“973计划”表彰大会。
2006年11月28日“973计划”项目在北京正式验收,评分为“优秀”。项目结题的结论为:
2006年11月28日,国家“973计划”项目“复杂自然环境时空定量信息获取与融合处理的理论与应用2001CB309400”通过了国家科技部组织的专家验收。该项目在空间遥感与对地监测信息获取的前沿领域,发展了空间遥感信息基本理论:全极化散射与SAR成像信息理论、非均匀自然介质矢量辐射传输(VRT)理论,阐明了SAR与辐射遥感时空定量信息的机理与建模模拟,并在星载微波遥感数据验证等取得了多方面的应用,赢得了重要的国际影响;辐射传输模拟与反演的研究形成了多类陆地与大气在轨业务与试验卫星数据验证系统的理论方法与算法,对当今国际在轨与中国未来卫星遥感计划进行了针对性可对照的多方面研究,取得了大气遥感与气象业务应用成果;该项目通过遥感数据、辐射传输与反演、分布式陆面水文分布模型等,首先建立了一个中国陆地水环境数据同化系统,特别给出了中国西部地区时空高分辨率的水环境数据同化;形成了星载微波大气三水(降水、水汽、云水)反演与中国气象卫星数据业务算法与数据库、SAR INSAR多类应用技术研究与软件两类遥感应用平台;发展了多源信息融合理论方法与环境中多目标跟踪实验与仿真系统;发展了复杂环境与目标复合散射建模与特性数值仿真、进行了异常大气结构中波传播实验研究等。
该项目在国内外发表了700多篇学术论文、7部中英文学术专著与文集、10项中外专利申请,在国际该领域的基础研究中成绩优秀,占有一席之地。在中国发展探月、风云气象卫星、陆地水文、目标与环境国防科技等诸多国家重大发展计划与实际需求中均发挥了作用、形成的理论基础也具有潜在的重要作用。
通过该项目的研究,形成了中国在微波空间遥感领域几个研究方面的中坚力量。
这段时期我直接从事的研究成果,由Springer出版了我的专著 Theory and APProach of InformationRetrievals from Electromagnetic Scattering andRemote Sensing (2005)。在国家科技出版基金资助下,科学出版社出版我的另几本专著:《空间微波遥感数据验证的理论与方法》(2005),国家科技部部长徐冠华院士为此书撰写了序言;《随机粗糙面与目标复合散射数值模拟理论和方法》(2008);《极化散射与SAR遥感信息理论和方法》(2008)。我领导的6个课题组的论文汇总由上海科技出版社出版(2005),陈述彭院士为此撰写了序言;参加该“973计划”项目的其他单位也分别发表了自己的研究成果与专著。“文章千古事,得失寸心知。”
我们的“973计划”项目研究成果不仅显著地提高了我国在空间微波遥感基础研究的理论水平,而且在我国风云气象卫星与海洋卫星的数据标定与验证(CAL/VAL)及其业务、中国陆地水文监测与第一个陆地同化系统、光红外微波多源融合信息的目标监测、SAR应用平台建设等都已经有了十分重要的国家建设层面上的应用,奠定了后面开展的多项国家级微波遥感科研项目的研究基础。
IEEE总部刊物 Proceedings of the IEEE (SCI第一区学术刊物)邀请世界上7个国家的专家撰写当今空间遥感进展专刊,其中中国的一篇是我撰写的《中国风云气象卫星与海洋卫星的遥感研究》的论文。韩国的国家科研计划“韩国21世纪”还特地用韩文翻译了我关于“973计划”项目建议的内容。日本全国无线电大会是讲日语的日本国内会议,但也特地邀请我用英语就电磁波遥感进展做了全体大会报告。
2008年,我提出第二次“973计划”项目建议:“中国重大环境变化观测的多源遥感新理论新方法”,我充分认识到应有别于自然科学的自由探索,该“973计划”项目特别密切围绕中国本身的重大环境变化的若干问题,并首次在“973计划”建议中提出“多源遥感”与“智能信息”的两个新概念,将学术前沿与国家重大问题紧密相结合。5个课题分别包括:多源微波遥感融合信息的新理论新方法、重大气象灾害检测、极端海洋环境检测、中国区域环境变化监测的星载微波遥感新方法与应用、典型环境变化遥感图像智能处理与信息挖掘技术。
2009年5月20日,主持首次在中国召开的国际城市遥感大会
事实上,我此时提出的“多源遥感”与“智能信息”直至今日仍然是前沿的崭新概念。
2009年3月,在北京香山举行答辩会,共有两个项目申请进入这最后一轮答辩,我是第一个答辩。答辩前一天,在香山公园散步,遇到一位评审专家。他说两个项目一定要去掉一个。果然,在第二天答辩时,这位专家专门针对我几十页答辩PPT中某一页的“国土资源”4个字,再三发难诘问:“国家在国土资源上早就在几个五年计划里花了多少亿多少亿,还用得着你们再来做?”然后大段陈述国家在国土资源上有多少花费与计划。其实在座的都知道,我们的项目只是有一条“国土资源”应用个例。我认识这位专家,他很有影响力、位高权重。2000年,我们曾各自组织队伍申报了同一个“973计划”项目,那次是我拿到了项目,而这次轮到他来评审了。很可惜,这一新“973计划”项目果然没有归于我们。
我有个直觉,我们对于中国重大环境变化的“多源遥感与智能信息”研究建议没能立项,至少拖掉了我们在国际上围绕这个研究概念领跑10年的机会。
不禁想起一个故事:在美国莱特兄弟发明飞机时,有人大声斥责:我们有那么多的机器,为什么还需要会飞的机器?
尽管如此,我们“973计划”项目的各课题参加者后来都获得了国家其他一些重点支持项目,如卫星气象的国家“973计划”项目、陆地水文同化研究的中科院西部开发与黑河流域重大项目、多源信息融合的国防“973计划”项目、海面上大气波导传输的国防“973计划”项目等。我也先后获得两项国家自然科学基金重点项目、一项重大仪器专项等,总共有10多项国家自然科学基金项目。在基金委信息科学学部结题项目评比中,我的项目全被评为“特优”。我的“973计划”项目中的课题组——西安交通大学的“多源信息融合”课题研究还获得2011年国家科技进步奖二等奖和杨嘉墀科技奖一等奖。
这样也很好,我在“973计划”项目中曾领导的几个团队虽然已不在我的领导组织之下,但都各自成长了起来。
“会飞的机器”即使一时被摁在地上,但最终还是会飞起来的。
2003年,中国开始“探月工程”,又称为“嫦娥工程”,该项目首席科学家欧阳自远院士特地派了他参与该项目的博士生郑永春于2004年来我实验室进修,学习微波遥感的理论与方法。郑永春后来任国家天文台副研究员,2016年还获得美国天文学会行星科学分会奖励科学普及传播的“卡尔萨根奖”。
2004年与姜景山院士(右二)
中科院空间科学与应用中心姜景山院士是中国“探月计划”的副总设计师,由空间中心研制四通道微波辐射计。“嫦娥”一号、“嫦娥”二号绕月探测计划包括了首次在世界上用多通道微波辐射计探测全月球表面的热辐射,并试图反演月壤厚度,并估算月壤中氦3总含量。
我的实验室与空间中心合作,负责研究微波辐射理论建模、数值模拟、月壤厚度反演、氦3含量估算、“嫦娥”数据处理与验证等研究工作,我们在国际上首次发表了这些研究成果,这些微波探月成果是国际上从未做过的“嫦娥”绕月计划中有首创特色的工作之一,在国际上有很好的反响。
2010年9月30日,“嫦娥”二号发射(10月1日
2011年,微波探月的研究成果总结由科学出版社出版 Selected PaPers on Microwave Lunar ExPlorationin Chinese Chang'E- 1 Project (《中国微波探月研究》,姜景山、金亚秋主编),前国务委员宋健院士写了序言。我相信,这本著作是世界上首部关于微波探月的书,所以封面上突出写了“Microwave Moon”(微波月亮)几个字。我的实验室后来又在“嫦娥”三号软着陆的雷达测高测速研究中与航天部504所有合作,取得的多角度雷达着陆过程中测速测高成果得到了试验验证。后来,在“中国探月工程科学探测成果系列丛书”(科学出版社,2015)3大卷论著中,我们的论文在微波探月部分占了很大的比重。
在探月研究的推动下,我继续开展了月球、火星等外星微波辐射与表层雷达遥感及其参数反演的多项研究课题,并在国际刊物上发表了多篇论文,形成了一个外星遥感系列性的工作,将为我国在2030年前开展深空探测计划中提供一个遥感理论基础。
2012年6月17日,在酒泉卫星发射中心
2009年,我的“极化电磁散射传输与空间微波遥感对地观测信息理论”获得国家教育部自然科学奖一等奖,合作者是我的博士生徐丰、法文哲。这也是我第四次获国家教育部自然科学奖(3次一等奖、1次二等奖)。
2011年,该项目获得国家自然科学奖二等奖,这也是我国在电磁散射与空间遥感信息领域,以基础研究为标志的唯一的一项国家自然科学奖。2012年2月14日在人民大会堂参加了国家科技奖颁奖大会,当时,胡锦涛主席等中央领导出席了会议,并与大家一起合影,《人民日报》2月15日首版发布的新闻照片中也可以看到获奖者第二排队伍中的我。
2012年2月14日,在北京人民大
总结进入21世纪以来的研究工作,我收集了2001—2010年间我发表的SCI论文,由科学出版社出版了第二卷《自然介质电磁散射与辐射传输信息理论》( Informationof Electromagnetic Scattering and Radiative Transfer inNaturalMedia ,Volume 2 2001—2010),分为5章,共782页,连同我在2000年的第一卷(1983—2000,共459页),形成了直至2010年的我论文集两卷本。在序言中,我写道:“1987年学成归来20多年寒暑春秋,我无一日懈怠,竭诚尽责、正己无怨。……‘我不希荣,何忧乎利禄;我不兢晋,何畏乎仕宦。'立德立功立言是中华志士仁人的历史传统,我当追随之而无上荣光乎。”
2011年,我与徐丰合著的《极化散射与SAR信息获取》( Polarimetric Scattering and SAR InformationRetrieval )由著名的john Wiley出版,这本专著被IEEE GRSS网站排列为第一本介绍的专著。
2011年11月,我当选为中国科学院院士(信息技术科学部),这是中国科学家的最高学术称号与终身荣誉。我自己理解:获得该项荣誉是国家层次上对我科研工作的肯定。
在随后的2012年,我又当选为发展中国家科学院(The World Academy of Sciences,TWAS)院士、国际宇航科学院(International Academy of Astronautics,IAA)院士。
2016年1月27日在中国科学院学术会堂前
星载遥感从空间观测地球,能提供全球多尺度、日常与长期持续的多类物理谱特征的大数据观测,由这些数据获取全球变化的信息反演与同化的理论方法及其产品正是全球变化研究的科学任务。
2012年,根据遥感大数据几十年的积累和全球变化研究的需求,我又提出国家自然科学基金重点项目“支持全球变化研究的多时相多源遥感定量信息的理论方法与应用”,我掌握有从Nimbus至今的30多年的卫星微波遥感数据。在2015年《科技导报》上发表了卷首语“从数据到信息、从信息到知识:全球变化与大数据的遥感信息科学研究”。指出运用几十年多源多尺度遥感大数据,反演多类物理特征信息,研究全球环境要素的变化。
2017年5月,科技部发布“全球变化及应对”重大专项,其中有利用多年数据的反演、水参数的反演等,都是我们多年前提出过的议题,我们具备了相关的理论基础和30年的相关数据。但不少单位已为此组织了队伍,而我们目前尚承担新体制SAR的国家重点研发计划等,一下子难以分出力量,我想只要我再多几个助手,就可以承担这些课题。
自1990年我在国内首次提出全极化散射与SAR信息研究以来,近10年里,我的研究已主要集中在“多源多模式多极化高分辨率”SAR成像,及其“定量精细信息”获取的理论和方法研究,以及外星深空探测中遥感信息感知研究。我在上述“SAR成像”与“信息获取”前面加的多个形容词是特别强调SAR信息发展的几个前沿科学方向、识别分类等精细信息获取的技术瓶颈和日益广泛的应用需求。我领导的实验室目前集中在这个领域内,进行SAR天地海目标成像监测的智能信息感知的获取与处理,如深度学习的人工神经网络对环境目标的自动智能识别感知,及其在日益发展的多源多模式高分辨率条件下的实例应用。
我们多年来在复杂环境与目标的理论建模、极化散射计算、成像模拟仿真方面的研究,形成了自主创新、自主产权的极化SAR成像仿真软件系统POL SAR Eyes,正准备正式发布。
从2016年起,国家“973计划”“863计划”等国家科技部的科研计划合并成新的国家重点研发计划。2017年4月,我的实验室与中科院电子所合作,获得国家重点研发计划的“新机理新体制先进遥感探测技术”研究项目。我们与东南大学合作,获得国家某重点项目“复杂电磁环境感知与新型成像技术研究”、国家某创新特区项目“精准电磁空间环境”等国家重要科研任务。我们还与某研究所合作,进行某SAR电子对抗技术的研究。这些工作是我实验室今后5—10年的新任务、新征程。
我实验室与国家卫星气象中心的合作工作,包括向国家发改委提交的从“风云”3号03批及其之后的“风云”气象卫星发展计划也正在进一步研讨规划中。
从国际前沿的发展来看,特别欣喜的是,从中国近一二十年来迅速发展的势头来看,证明了我长期坚持的电磁波散射机理与遥感信息理论研究的重要性。
现在,国内外已没有人会小看我们的研究了,也不会有人责令我们只能说“是或不是”了。
我长期从事的环境与目标极化电磁散射正向数值模拟与天地海目标识别方法,在国家有关机构领导下,开展天基遥感监测大数据的信息感知、SAR对抗技术、干涉极化SAR实施技术参数论证等多项新研究任务。这些任务充满了新的挑战,从基础研究到实际应用都具备了国际前沿的先进水平,也说明了我国创新科学研究在前沿基础与实际应用技术两者之间日益接近与结合。
尽管我现在进行基础研究的学术特点更多地带有了应用目标,但这也是学术研究本身的一个走向,也是在中国科技大环境下阶段性发展的特点。
但是,对于基础性的科学问题,特别是对于青年科技人才,更应在开始科研阶段注重基础性的科学问题,即使对于几十年以后或许有用的问题,也是值得研究探索的。先基础,后应用,这是科学发展的两个面。大学的基础科学研究发展得好,与开发单位的应用结合也就更自然有效。我对我实验室的青年同事提出要注重两方面:一是国际前沿,一是国家重大需求。除此之外的小应用项目,我的重点实验室是不强调的。
我想跟年轻人说的一条是:对一个科学问题的深入研究不会白费工夫,锲而不舍、金石可镂,它一定会在某个时候、某个地方显现特有的作用。斤斤计较、吝啬自己努力的人,是不会有成就的。
在我到复旦几年后,1993年我建立了复旦大学波散射与遥感中心,并为建立教育部重点实验室争取了多年。2003年,由于我获得第一个微波遥感领域的国家“973计划”项目,国家教育部批准了建立“波散射与遥感信息教育部重点实验室”,该实验室成为我国电磁波散射与空间微波遥感基础研究的重要基地。
中科院资深院士陈述彭先生(1920—2008)曾在2008年5月专为我实验室赋诗一首:“微波新基地,信息大领域;上至电离层,下达莫霍界;声色光机电,雷霆风雨雪;太空揽星月,五洋捉鱼鳖;遥感一千河,导航通三极;横看似沟谷,侧视乃山脊;自然诚复杂,智能是规律;学术创一流,震撼世博客。”他的诗十分准确地描绘了空间遥感,也对我和我的实验室寄予了厚望。我把他的这首诗的墨迹裱成卷轴,挂在我的实验室里。
2013年,根据教育部的指示,实验室扩建成“电磁波信息科学教育部重点实验室”,总共有近40名成员,包括空间遥感、空间通信、智能处理与高性能计算,制订了“一三五”计划:一个方向——国际先进国内领先的电磁波信息科学基础研究实验室;三个突破——10年里预期国家奖的点是遥感、通信、计算处理;五个方向——微波遥感、空间通信、目标识别、高性能计算、交叉融合。
2015年,我领导的“电磁波信息科学教育部重点实验室”被评为上海市模范集体,并成为上海市教育系统劳模创新工作室。虽然这些都是荣誉冠名,并没有任何实质性的资助,但我们今后取得什么样的工作成绩才是真正的内容。
我相信,我实验室将以优秀的工作业绩接受教育部未来的评估工作。
自我到复旦工作以来,先后期的复旦校领导中有杨福家校长、朱之文书记、许宁生校长都来视察过我的实验室。朱之文书记还特地将我关于实验室建设的报告交到教育部有关领导的手中。
长期担任电子科大校长的刘盛纲院士为参加我实验室会议,特地改变行程更换机票,绕道来上海,给了我很大的支持。
特别是“两弹一星勋章”获得者陈芳允院士(1916—2000)曾专程来我实验室,十分关心我,并吩咐我做某项重要工作的调研报告,可惜后来不久他因病去世了。
2017年4月17日,航天英模景海鹏、陈冬来复旦向全校师生做报告,并特地参观了我实验室,使我实验室师生有机会目睹中国航天员的英姿风采,树立向他们学习的高尚志向。
2017年4月17日,航天英模景海鹏、陈冬参观我的实验室
近些年来,基于我们长期的天地海环境目标精细信息获取的研究,我们结合计算机智能识别理论与方法,解决高分辨率极化SAR信息获取的技术瓶颈问题,在智能监测侦察(intelligent surveillance reconnaissance,ISR)与自动目标识别(automatic target recognition,ATR)信息获取的智能技术上取得多项研究成果,特别是随着我国SAR技术的发展,在多个相关项目与任务中取得了重要的应用。
2017年5月19—21日,由我担任主席、徐丰担任技术委员会主席,在复旦召开IEEE GRSS冠名的智能遥感的国际会议,IEEE GRSS主席Sarabandi教授等出席了会议。“智能遥感”一词第一次出现在国际会议的标题里,会议文集将被出版IEEE GRSL专辑。
我的博士生徐丰毕业后在美国NOAA与NASA工作,2014年获得IEEE GRSS青年科学家奖,并入选国家“青年千人计划”(注:即“青年海外高层次人才引进计划”),回到我实验室,任正教授与实验室副主任和研究所副所长。博士生法文哲在法国完成博士后学生之后,在北京大学任青年研究员、行星与空间科学研究中心副主任。我的许多学生现在都活跃在国家航天、国防、通信、电子、气象、海洋等领域的研究院所和大学里。
2011年以来,我根据多源多模式多极化高分辨率SAR对天地海观测技术的发展,提出“精细信息感知”“特征信息挖掘一体化”“智能侦察监测(ISR)与自动目标识别(ATR)”多项研究建议,提出了从机理、模拟、反演、重构的信息链和计算机智能处理技术,在多项相关的国家安全项目与国家技术发展项目中发挥了重要的推动作用。在空间遥感、空间通信、高性能计算等领域,我实验室正承担了多项国家高科技发展与国家安全的重要的科研项目与应用任务。
近些年来,大数据成为一个瞩目的话题,科技界多个领域都在开展大数据的研究,我实验室与有关部门在接受SAR日常观测数据的渠道已达成合作事宜。2016年复旦大学成立大数据研究院。经我实验室提议,大数据研究院批准成立“电磁大数据与遥感智能研究所EDARS”,由我任所长,徐丰任常务副所长,旨在利用国家电磁环境研究计划与科技部的国家重点研究计划的支持,开展电磁大数据在环境目标智能识别、遥感大数据在全球变化和智慧城市信息领域的研究,并与数学、高性能计算、计算机与计算智能、环境与大气科学、大数据处理开展交叉合作。
在IEEE学术活动中,我主要在地球科学与遥感(geoscience and remote sensing,GRS)与天线与传播(antenna and propagation,AP)领域。2003年我由于“遥感应用中电磁散射建模的贡献”当选为IEEE会士(Fellow),是中国在IEEE第一个遥感领域(GRS)的IEEE会士。
2004年7月,在美国阿拉斯加IGARSS
我倡立了IEEE GRSS北京团体(Chapter),也是中国第一个GRSS的团体。我在GRSS中的任职有:IEEE GRSS执委会(AdCom)委员、IEEE Fellow(GRSS)评选委员会主席、IEEE GRSS杰出演讲者、 IEEETFRS 与 IEEE Access 副主编等。这些职务的经历让我对IEEE各项工作的运作有了切身的经验与体会,对如何运行我们自己的学术团体十分有益,也使中国学者在国际学术组织中有应用的投票权。
IEEE GRSS成立于1962年,在其成立50年的纪念册中排列了GRS领域的关键人物(key member),我名列其中,是唯一入选的中国科学家。
2011年7月,IEEE GRSSAdCom人员合影
IEEE
IEEE GRSS有三大奖:杰出成就奖、突出服务奖、教育奖,其中杰出成就奖是个人终身成就奖。
2010年7月26日,在美国夏威夷举行的IGARSS 2010(IEEE地球科学与遥感)年会上,我获颁IEEE GRSS教育奖。我获奖后走到台下时,好几位国际同行与我握手,说:这是你理应得到的。
2010年7月26日在美国夏威夷,IEEE主席(右1)、GRSS主席
2015年7月27日,我参加在意大利米兰国际会议中心举行的IEEE IGARSS年会。在米兰国际会议中心两千人大会的开幕式上,我由“自然介质中极化电磁散射与辐射传输及其空间微波遥感应用中的杰出成就”,获颁IEEE GRSS杰出成就奖,这是GRSS最高学术个人奖。
GRSS自1962年成立以来,50多年里共有32名科学家先后获得这项GRSS最重要的学术奖,我是获得该奖项的第一个非欧美科学家。之前,获得该杰出成就奖的有:美国20名、德国3名、加拿大2名、意大利2名、法国2名、芬兰1名、瑞士1名。今天,我的获奖使得中国也有了1名。在大会开幕式上,我做了获奖发言,作为来自中国的科学家第一次获得这个奖,为自己能在这样的国际场合为祖国争取荣誉感到欣慰。
2015年7月,IGARSS期间在意大利米兰的达芬奇
2015年7月27日在意大
由于“自然介质极化散射与辐射传输及其空间微波遥感应用
IEEE
2016年7月10—15日,我与中科院空间中心主任吴季研究员作为大会共同主席,主持了在北京国家会议中心召开的国际地球科学与遥感年会IGARSS 2016,出席人数逾2 000人。这是IGARSS第一次在中国召开,是一次十分成功的大会。
2016年7月11日在北京国家会议中心作为大会主席
中国科学家从1995年起就开始争取该会议的主办权,由于国际上多种因素的干扰与限制,直到2016年这个大会终于在北京召开,得以我所愿。2012年3月,我们在意大利罗马郊区当年的旧王宫里向IEEE GRSS AdCOM递交了北京举办IGARSS 2016的申请书;2012年7月在德国慕尼黑GRSS AdCom投票通过。在成功争取到2016年IGARSS承办权时,我给吴季主任发了个短信:万岁,中国!
2016年7月11日在IGARSS 2016与实验室同
2016年7月14日,在北京国家历史博物馆向美国德克
2016年4月18日,我在上海展览中心获颁“上海市科技功臣奖”,该奖是上海市最高科技个人奖,评选这个奖经过了实验室几轮答辩和实地考察。上海市委书记韩正为我颁发了证书与奖章。我在会上做了“瞄准前沿潜心研究,自主创新勇攀高峰”的发言。记得20世纪50年代上海展览中心是中苏友好大厦,我刚进小学时就来过这里;60年后,我在这里获得“上海市科技功臣奖”,站在中心的友谊会堂的讲台上发言,韶华易逝、岁月倥偬。
写下这些文字时,我特别想起我父亲于1980年8月为我写的诗,距今已37年了,思绪万千。
2016年9月,中国科学技术协会向我颁发“全国优秀科技工作者”的证书与奖章。
2016年4月18日在上海市科技奖励大会
2017年5月27日,国家人力资源社会保障部、中国科学技术协会、国家科技部、国务院国资委四部委在京西宾馆召开首届“全国创新争先奖”颁奖大会,我获得“全国创新争先奖状”。
2017年5月27日获首届“全国创新争先奖”
1993年,我倡立了中国电子学会微波遥感专业委员会、中国计算物理学会计算电磁学专业委员会,并任主任委员。
1994年,我倡立IEEE GRSS北京团体(Beijing Chapter),任首任主席。2015年,由徐丰负责建立了IEEE GRSS上海团体(Shanghai Chapter),挂靠在复旦大学我实验室,徐丰任主席。2017年7月,IEEE GRSS在美国德克萨斯IGARSS 2017会上,向上海团体颁发最佳团体奖(best chapter award),徐丰去领了奖。
现在,这几个学术团体的领导位置都交给年轻的同行了。
2017年6月在复旦大学毕
1988年,我刚回国之初,曾向系里借了400元钱去北京参加首次召开的国际天线传播与电磁学大会(International Symposium on Antennas Propagation Electromagnetism,ISAPE)。当时,系领导对我说:这400元只是借我的,包括我参会的所有费用(会议注册费、火车慢车等交通费、食宿费等),以后我若有经费,则要还的;若没有经费,则就算了,但下不为例。后来我在上海航天局很快争取到了“火箭喷焰等离子体”科研项目第一笔经费,马上还了这400元,之后我就再也没有用过学校与系里一分钱。1993年我开始组建实验室,购买每一台计算机、每一张椅子,以至每一张复印纸,都来自我自己争取来的科研经费。2000年,ISAPE再次在北京召开,我已担任了ISAPE大会主席。回忆这些往事,与今天回国人员相比真有天壤之别,虽然不免有些酸楚,但从中体会人生哲理、甜酸苦辣,也是有益的。坚韧不拔、孤独跋涉的10年努力,终会产生硕果。
近10年里,我曾任国际城市遥感大会(UjERS 2009)主席、国际航天航空航海电子学研讨会(WSANE 2009)主席、国际天线传播与电磁学大会(ISAPE 2010)主席、在加拿大温哥华召开的IGARSS 2011技术委员会主席、国际地球观测与遥感应用会议(Earth Observationand Remote Sensing Applications,EORSA)2012年主席,以及第一次在中国北京召开的2 000人的IGARSS 2016主席等。
2016年10月18日,
2012年后,我先后被聘为上海航天技术研究院创新研究院兼职院士、南京理工大学和北京大学的兼职教授。
2017年4月,鉴于我在环境与目标特性的研究工作,我担任国家某集团的顾问专家。
2017年5月,由我主持,我与姜景山院士、吴一戎院士主编《空间微波遥感研究与应用》系列丛书,总结近些年来我国在微波遥感研究与应用的一些成果,按计划有17部著作,其中有我实验室将撰写的SAR智能信息、外星微波遥感等方面的专著,我撰写了丛书总序,将在“十三五”期间由科学出版社陆续出版。
2013年9月,在上海国际科学艺术展上,我受邀参会的几幅绘画作品获得科学与艺术优秀作品奖,这是我得到的艺术领域的奖,令人喜悦。
2016年7月,我收集了近10年来百忙之中的业余绘画作品,出版了我的绘画作品集,借此表达了我在科学研究专业之外的所见、所思、所乐,或许还有所忧,这也是我自少年起绘画历练的人生回眸,在科学与艺术创造中探索真理、在余兴雅俗中领悟自然与人生。我在少年宫美术组学习时的指导员虞子骏老师与我的导师周秀骥院士撰写了序言。画集出版后,我于2016年8月在上海展览中心举办的上海图书节上为中学生做了一次讲演“从艺术中思考科学,从科学中领悟艺术”,演讲厅里坐满了听众,十分受欢迎。我想象几十年后,这些小听众中一定会涌现一些中国的科学家与艺术家。
我的这本书送给了我的不少老师、同事、同学、学生与朋友,他们都很喜欢科学与艺术跨界的作品。吴培亨院士称之为“是践行素质教育的十分生动的活教材”,杨福家院士回赠了他的文集《博学笃志切问近思》,李大潜院士回赠了他的《积微集》,读来倍受教益。
发表的绘画作品集
我特别强调,学习不应有功利心。我相信,科学与艺术虽不相同,但文化与创造是相通的。我也坚定地认为,对于迅速发展的当代中国,科学与艺术的普及教育是中华民族全面崛起的人文根基。中华民族的全面复兴,也一定是科学的复兴、文艺的复兴。
自1988年起到复旦,这里是我在一个单位度过时间最长的地方了。有人诧异:为什么30年没有挪动过地方?尽管北大、清华、同济等都联系过我的调动。在复旦大学,我有一个家庭稳定、恬淡平静的研究与生活的小天地,我为国家科研与教书的主要成果是在复旦完成的。云卷云舒、白云苍狗,本亦常事;“上善若水、厚德载物”是生活真谛。
在光华楼办公室里
我一直主持的无线电物理与电磁场微波技术学科,在“大物理”与“大信息科学”中分别都是十分重要的,以它作为电子信息技术的基础,航天与空间科学、卫星电子技术、信息获取与处理技术、地球科学等在复旦大学都有待开展。尽管在2001年全校“985工程”执行评估时,我主持的学科取得了参评学科中最好的评估成绩,学校学科办发布了红头文件公布评估分数,但是没什么用处,在学科建设、重点学科设置等没能进一步壮大,记得这些分数并当成一回事的大概只有我这种当事人了。自然,“重点学科”评比是否科学、是否必要,则另当别论。
我也一直希望电磁波信息科学教育部重点实验室能进一步规划、培育成为国家重点实验室。相比国内一些大学在我实验室成立之后逐渐建立的颇有气派的遥感科学大学院组织,我实验室只能更强调突出我们遥感科学的电磁波信息科学的基础理论研究特色。
我在复旦是白手起家,从未担任过任何一级的行政领导,学科建设和队伍组织与科学家个人做学问不同,没有一定的行政资源的支持,往往是有心无力。
早在1990年,我与力学系张文教授,会同专程返沪的北京中国航天科技集团的一位高工专家曾提交在复旦大学开展小卫星研制计划,一个小卫星可以带动多个学科的扩展研究与教学,以鼓励与启发青年学子的科学探索。英国的索瑞大学(Surrey University)做小卫星很有名,但是在当时它也是由一个教授带领,刚开始在研制小卫星。十分可惜我们的建议没有得到回应,也许我们当时说得太早,也是人微言轻。
近些年来,随着我国经济社会的发展,研究经费有了大幅提高。国外有的同行都羡慕我们。但是,建设一流大学不在于一次又一次的规划有多宏伟,而是积跬步致千里,认真进行学术本体的改造与建设。比如,一个人有了健康的身体,才能跑也能跳,不在于身上穿时兴的衣服、脸上化漂亮的妆。离开基本的学术基地,几年一次的新规划只是节日的礼花与盆景,没有长远的生命力。
也许这些都需要时间磨砺,追赶者总是比较焦急的,需要各层次领导和学术队伍的不断提高,让我们持续努力吧。
曾任信息学院书记的一位学院领导多次感叹:“有心栽花花不开,无心插柳柳成荫。”有心栽下的花,匠心琱琢。但庄子曰:大美天成。无心插下的柳枝,栉风沐雨,寒暑春秋,有朝一日柳树成荫,也是一道大美而不言的自然风景。
有种说法:遗憾是一种成全,不完美是一种美。
“既然选择了远方,便只顾风雨兼程。”
遗憾只是“一声叹息”,驿站只是“coffee break”,能有几分钟的恬息,行程在追赶前头的路上,即使“虽不能至”,但“心向往之”。