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[科教] 美国海军水声信号处理的关键人物:Henry Cox

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发表于 11-20-2016 03:08 PM | 显示全部楼层 |阅读模式

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美国海洋声学、声纳阵列信号处理、声纳系统标志性人物Henry Cox

关于写Cox了,我必须给他这个标题,没办法的,大师就是大师,领军人物就是领军人物。作为一名信号处理的爱好者,能在自己科研的黄金岁月阅读到Cox的文章,享受他的idea,思考自己的科研道路,真的是一件非常幸运的事情。

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Henry Cox

首先必须说明,Cox还活着而且身体很棒,2014年还拿到了相当于奥斯卡终身成就奖的美国物理协会水声学大奖(Henry Cox awarded the Helmholtz-Rayleigh SilverMedal of the Acoustical Society of America)。

Cox的人生只能用幸福和圆满来形容。1937年3月7日,Cox出身于宾夕法尼亚州的费城,父亲叫Henry Robert,母亲叫Helen Kane。下面是他的人生简历:

1956年在Holy Cross学院获得学士学位并且加入美国海军;

1963年在麻省理工学院获得科学博士学位;

1970-1972年,Cox在国防部的分析员办公室就职;


1972-1973年,Cox在著名的Scripps海洋研究所从事助理研究员的工作;

1973-1976年,Cox成为了在美国海军水下系统中心服役的一名军官;

1976-1978年,调往军方国防高级项目研究办公室成为了一名负责项目论证和监管的主任;

1978-1981年,成为海军电子系统司令部的一名项目主管;

1981年后以上校军衔退出现役,一直到1991年一直在Beranek and Newman Technologies 系统和技术公司担任副总;

1991-2003年,Cox加入Orincon公司,成为了该公司的技术总监兼副总;

2003-2005年,Orincon公司被洛克希德马丁公司收购,改名为Lockheed Martin Orincon Defense,Cox依然保留了技术总监的身份。

2005年-至今,Cox被洛克希德马丁公司返聘为高级专家,养起来了。

纵观Cox的人生简历,几乎是完美的,用现在时髦的话来讲叫做科研行政两不误,学术经历丰富、工作阅历丰满。本科毕业后就加入了美国海军,没怎么在海上吃苦,部队允许他考博士,他也很争气,考上了MIT,而且师从海洋学大师。博士毕业后也没让他下基层,直接分配到华盛顿机关去了。机关待了一段时间后,又没调他回基层,而是直接让他到世界最最好的Scripps研究所做研究了,没弄个两年,就直接让他接触最核心的水下系统了(要知道70年代末水下系统可是全美最顶尖的职业,超过核武器研究)。紧接着,命运之神继续眷顾他,他一路高升,成为军方装备管理人员了,他直接主管电子和系统类装备,他的思想能左右美国海军装备的发展。1981年后,可能是他自己觉得烦了,想换换口味,索性自主择业了,退出了现役。但是,Cox的履历太完美了,任何一个想从事军工项目的公司都想拉入伙。把他收到自己公司里来那可是稳赚不赔的买卖,要知道他长期从事军方项目,对军方采购的思路和想法那可是谙熟于胸的啊。再加上他的人脉,装备口的老部下。所以说,一时之间,n多公司抢他。最后Cox加入了Beranek and Newman Technologies公司,说起这家公司,在美国实在是大名鼎鼎,简称BBN公司。公司是由麻省理工的Leo Beranek和Richard Bolt两位教授于1948年创立的,是一家专门从事室内声学建设的科技公司,美国几个著名的大厅的声学装饰都是这家公司搞的,最著名的就是纽约的United Nations Assembly Hall。这家公司的专家还参与分析尼克松水门事件的录音带工作。我在想,看着Cox的简历,他一定是一个有想法的科研工作者(不是那种整天驻守实验室类型的),他加入BBN,一定是他主动靠上去的,BBN的科研氛围比较醇厚,Cox肯定觉得在军方机关待久了,自己学术宝刀有点钝了,为了将来称霸武林,需要先找个山洞磨一磨,再反思一下自己的人生。事实证明,he is right。1981到1991年,十年磨一剑,待Cox再踏江湖时,他已经摇身一变,从一名军方装备管理人员变为知名的水下自适应阵处理专家。讲到这里,不得不佩服Cox的情商,能够审时度势,看清自己,不盲目投机自己的人生。顺便说一句,BBN已经被美雷声公司收购了,而Cox最终加入的是洛克希德马丁公司,这两家公司是死对头,不知Cox是怎么考虑的。


1991年,Cox已经在JASA、海洋工程(JOE)等期刊上表述了对于稳健自适应波束形成的观点。他敏锐的发现,基于Frost自适应波束形成器的方法在水下应用就是扶不起的刘阿斗,稍微一个阵列位置误差,或者相位误差,就会导致自适应过程发散,这很要命啊。Cox提出了一种Robust的处理手段,其实就是在波束权上构建二次约束不等式,使得协方差矩阵噪声均方误差小于某个常量。坦白讲,当时认识到这个idea的肯定不止Cox一个人,但是他发的文章引用率最高,因为他情商高,喜欢在摘要里, 或者引言里做文章。他的文章最出色的就是摘要和引言,他往往不以枯燥的数学或物理难题切入,而是先将读者引入一个大场景中,比如水下声学,比如被动声纳,先吸引住你的眼球,让你觉得这篇文章针对性很强,然后再在conclusion中会轻描淡写的来一句,这种方法可以考虑放到实际被动声纳系统中等等。让读者觉得这篇文章那是相当靠谱,实际上呢,只是一篇文章而已,哈哈。

1991年,Cox离开BBN公司后,马不停蹄的就加入了又一家著名的公司Orincon。这家公司位于圣迭戈,也是一家由大学教授合伙创立的公司,主要做系统集成。Orincon公司最著名的一个项目就是在冷战期间,为美国海军的索萨斯(SOSUS)系统设计跟踪模块,他们的被动跟踪算法做的非常成功,受到军方高度评价。我在写这篇博文的时候,顺便查了这套跟踪系统的合同大概是1975年以后,这时候Cox正好在军方装备机关部门负责系统设计。可以猜测,这些合同的签订肯定有他的参与和审核。那么,Cox其实早就与Oricon公司结缘了,而且这个缘分结的很深。1990年以后,Oricon公司的主营业务是反潜战,但随着苏联解体和冷战结束,Oricon公司业务也出现了萎缩,直到2003年被洛克希德马丁公司收购。我们来看看Cox加入Oricon公司后发表的文章:

(1)1991年,IEEE期刊,Reduced Variance Distortionless Response (RVDR) Performance

(2)1997年,IEEE期刊,A Fast Normalizer

(3)1998年,IEEE期刊,Robust DMR and Multi-Rate Adaptive Beamforming

(4)2002年,IEEE期刊,Adaptive Beamforming in Non-Stataionary Environments

我们可以看出,Cox在Oricon公司时的发表量不大,可查到的也就四篇,JASA上还没有。其实这段时间的冷清也从侧面反映出美国在反潜战方面的转型和思考。原来冷战时期那种美苏间海底靠被动处理相互制衡的对抗已经渐渐过眼云烟,战略转型要求美国海军把目光瞄向嘈杂的浅海,然而,美国海军水声系统面对来自浅海的挑战还未完全准备好。我们可以看看《Adaptive Beamforming in Non-Stataionary Environments》这篇文章,在这篇文章里,Cox还是立足在大孔径被动拖曳线列阵上,虽然没明说,能猜出来讲的是surtass阵(128阵元)。Cox在文章里探讨了协方差矩阵秩亏损的问题,从对角加载、快拍数、风噪声、干扰源数目多个角度来探讨在非平稳环境下,如何给MVDR、DMR这样的自适应波束形成器加入稳健处理手段。Cox在这篇文章里有个结论还是值得关注的,如果处理快拍数较少的话,那么基元域协方差矩阵中特征值量也较小,协方差矩阵中较大特征值能够定义协方差矩阵中的有效秩。文章同时提到,估计协方差矩阵中的小特征值也是很有用的,可以用来作为对角加载量的值。Cox文章中的这些观点其实都不是特别新,人们对协方差矩阵的结构和认识早在MUSIC等高分辨谱估计算法提出后就开始了,但是还是那句话,Cox文章的针对性强,就是瞄准拖曳阵的,而且阅读Cox的文章有个体会,很多其他文章中含含糊糊的解释,在他这里用1-2句话就能解释清楚。他的文章表明他是一个偏向于工程应用的学者。


2003年以后,Oricon公司被洛克希德马丁公司并购了,还好公司主体被保留下来,主营业务也还在。Cox也卸去了原Oricon副总的兼职,成了只负责技术的总监。这个时候,Cox的文章反而爆发了,从03年到09年,基本上是一年一篇,研究内容也拓展广泛,除了进一步探讨稳健自适应波束形成,还带领下属开始研究矢量阵波束形成。研究矢量阵处理肯定与洛克希德马丁与美国海军的订单有关,但我从Cox的文章中能感受到他在这方面的研究不深入,仅仅是一些追随式研究,他的心、他的灵魂还是在被动自适应波束形成上。03年过后,美国海军把水下信号处理的重点转入主动和分布式多基地处理,在被动信号处理领域每年的资助不多,而且像L-3、BAE、Adaptive这样的公司都在抢生意,我相信Cox的被动研究会有一些无奈和尴尬。但是,Cox的伟大之处就在于他对自己看好的用不放弃的精神,2008年一篇好文章《Eigenvalue Beamforming Using a Multirank MVDR Beamformer and Subspace Selection》出现了,Cox还不是第一作者,这篇文章初看很烦,算法复杂,实现困难,对信号协方差矩阵有先验要求,但无论怎样,这是一种高分辨特征空间波束形成器,至少在雷达里很管用。

这几年,Cox在JASA上发了几篇海洋声传播的文章,还专门探讨了声相关问题,这是制约水下声信号处理的最后几道门之一。Cox甚至还在战术辅助决策和环境不确定性问题上展开了研究。

纵观Cox的整个研究生涯,似乎是一场被设计好的人生,获奖无数,任职经历丰富,有的人可能觉得他工作变化太频繁,影响了他在水声信号处理上的成就。其实不是,要知道水下学科本来就是一门交叉学科,光懂声学、数学是没用的,还需要系统集成和体系的概念。Cox在专业上是很专一的,他一直致力于改善MVDR、DMR这样的自适应波束形成器向实用化推进的步伐,美国海军心里一定非常清楚,如果没有Cox,MVDR、DMR这样的算法在实际声纳系统中的应用肯定还要滞后很久。感谢Cox!

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发表于 11-20-2016 03:41 PM 来自美国米群网手机版 | 显示全部楼层
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