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数学的威力有多大?足以震慑全球......

经管世界  · 公众号  ·  · 2019-07-15 10:30

正文

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来源: 超级数学建模

数学的威力有多大?


国防科技大学理学院用实践给出了最好的答案——他们创造性地运用一个个公式、算法、方程,破解制约部队战斗力提升的现实问题,推动了战斗力生成模式转变。


1、 一个公式改变了一支部队的执勤模式


“雷达站为什么要建在偏远山区? ”最初,当国防科大理学院数学教授提出这个问题时,不免让人觉得有点“太业余”了。


一般来说,担负测控任务的部队,运用的是“测距+测速”国际通用的测控方法,将雷达站建在大山中正是因为“测距”的需要。


“如果抛开测距,仅通过测速来定位不行吗? ”不行。 国际上早有结论: 仅凭速度数据无法计算出飞行器的具体位置。


然而,该院数学教授却“异想天开”: 如果能突破这一传统理论,不仅可以改变部队传统的测控方法,还能让官兵搬出偏远山区。


不久,部队送来一次导弹试验的测量参数,请他们帮助进行数据分析处理。 当他们将几组测距、测速数据放到计算机中进行运算时,发现其中一个测距雷达并未测到应该测到的数据。


怎么办? 数学教授们又想到了抛开测距定位的创新思路。 于是,他们尝试性地将一个相应的测速参数替代这个测距参数,再算。 奇迹出现了——得出了准确的弹道精度。


举一反三,他们将这一创新成果应用于一支测控部队,改变了传统雷达测控体制。 如今,这支部队的测距雷达站全部搬出偏远山区,遂行测控任务时,官兵们只需用一台车载测速雷达到达指定地点就可以了。


中国官方发布的民用卫星高清照片


2、 一个方程将卫星图像质量提高30%


卫星翱翔太空,需要有一双明察秋毫的慧眼。 但以前我国遥感卫星的图像质量却有待改进。


一个偶然的机会,该校理学院的数学专家了解到这一情况。 要解决图像质量问题,首先要了解成像原理。 于是,团队成员抱来一大摞成像方面的书籍进行系统学习,又到卫星研制单位、用户单位及各相关部队进行实地调研。 渐渐地,他们掌握了 遥感成像的原理和特点


专家们将卫星图像质量不高的问题,描述成数学语言,并将误差扩散过程转换为 一个二维方程,然后对这个方程进行求解,从而使受到噪声斑点污染的图像恢复本来面目


理论上看似行得通,实践中却难以实现。 攻关一度陷入困境,但他们没有放弃。 经过分析他们发现,光学图像处理方法是将噪声斑点抹掉,而雷达图像的噪声斑点抹掉后,图像信息的保真度不高,质量自然也就不清晰,传统的二维方程也就无法求解。


于是,他们先对 二维方程 进行改造,建立起一个全新的方程。 就是这个方程,一举将图像质量提高了30%,达到国内领先、国际先进水平。


3、一个算法挽救一台武器装备


2008年,某型号装备在演示验证中,目标测量数据出现严重误差,使该型号装备研制陷入困境。


提起“数据”这个词,研制单位立即想到了该院数据分析技术创新团队。 求援电话打过去,3名教授犹如战士接到了出征的命令,立即动身赶赴试验现场。


这是一个十分棘手的问题,国内研究单位攻关十余年未能取得突破,国际上也没有现成方法可供参考。


专家们深知,如果问题得不到解决,装备研制人员多年攻关的成果将功亏一篑。 3名数学专家在条件艰苦的试验场安营扎寨,心无旁骛开始攻关。


60多个日日夜夜,经历数不清的挫折和失败,他们终于从纷繁复杂的数据中, 锁定了影响目标测量预报的关键参数,找到了解决问题的突破口,并创造性地提出了一个新的算法 ,彻底解决了数据预报误差问题,让这台武器装备获得“新生”。


制导武器开发和应用,都离不开精密的数学算法。


4、一个软件将定轨精度提高一个量级


分布式卫星的定轨精度,是衡量一个国家空间技术发展水平的重要标志。 由于我国在这方面起步较晚,定轨精度与国际先进水平相比还有差距。


为改变这一现状,我国组织多领域专家经过10余年联合攻关,各分系统有关定轨精度的技术指标取得了重大突破。 然而,当总体单位将各分系统“组合”起来进行整体试验时,却出现了令专家们惊诧的结果: 精度与当初的设计要求相差甚远。


问题出在哪里? 参与联合攻关的该校理学院一位年轻博士突生灵感。 经过连续几天的试验数据分析,他隐隐约约地发现: 精度误差随着时间呈一定规律性变化


他像哥伦布发现新大陆一样兴奋,立即着手进行 数据误差分析 ,并将时间处理程序嵌入到一个相关软件中,经过实验验证后,再用这个改进后的软件进行有关数据处理时,精度完全达到要求。


研制单位大喜过望,按照他改造的这个软件,用来校准卫星时钟精度和进行卫星轨道参数处理,难题迎刃而解,精度被提升了一个量级。


近年来,中国卫星和月球探测器定轨精度不断提高,与软件技术进步密不可分。


中国新一代战斗机导弹武器和火控系统战力的提升,都离不开火控软件的编写。


中国新一代打击武器,射程和精度的提高,也都离不开数学。


中国军用通讯和电子战实力的提升,实际上都是不同数学领域的实战化应用。


原来数学的作用如此之大,国泰民安全靠她!


少年智则国智,少年富则国富,少年强则国强,少年独立则国独立,少年自由则国自由,少年进步则国进步,少年胜于欧洲,则国胜于欧洲,少年雄于地球,则国雄于地球。


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