知名人物吕保维人物简介

Posted 2022-04-15 电离层

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知名人物吕保维人物简介

·吕保维

吕保维，电波传播学和空间科学专家。中国科学院院士。中国电波传播科学研究事业的创始人之一。主持了全国电离层观测网的规划和建设，以及电离层垂直探测仪的研制工作，为我国电离层研究和短波无线电通信的频率预测奠定了基础。首先提出了卫星式飞船与地面通信可利用电离层短波“滑行波”模式的理论，且在电离层吸收，对流层、电离层前向散射传播，电波绕射传播等理论方面都有所发展。

吕保维，男，1916年7月22日出生于江苏常州一个读书人的家庭，自幼受到重视传统道德教育家风的熏陶。九岁时因双亲相继去世而到北平叔父家随家庭教师学习古文与诗词。此后不久，随叔父全家迁往上海，开始入当地小学读书。当时的上海小学已开设英语课程，他此前对英文和算术都毫无基础，但他以惊人的毅力很快地赶了上去，且只读一个学期就升入初中。刚读完初二，他通过考试跳级升入该校高一。一年后，又以优异成绩作为高二插班生考入驰名沪上的上海中学。1935年，他只用了五年半时间修完了通常要用12年修完的中小学课程，而且以各门均优的成绩获得上海中学高中毕业证书。当年，他报考了清华、交大、浙大三所大学; 为了解决上大学所需经费来源，还报考了由民族资本家吴蕴初先生创办的清寒教育基金。这几处高校都录取了他。他决定上清华大学。到校后，接江苏省通知，因他在那届江苏全省中学毕业生会考中名列前茅而授予他江苏省奖学金。在清华大学读完第一学期后，他觉得自己更喜爱基础科学，但因告知如转物理系，一年级的课程须重读，后决定转读电机系。

1937年暑假期间，北平各大学二年级学生参加南京国民政府将领宋哲元部的西苑兵营军训，7月7日日本军国主义者发动了侵华战争。军训一结束，他即乘火车回上海看望叔父，不久，他从报纸上得知清华、北大、南开三校正在长沙筹建长沙临时大学，而且抗日战争日渐扩大，于是他即去长沙，在湖南大学借读; 不到一年又随校迁往昆明继续在刚正名的西南联合大学就读，1939年毕业。

大学毕业后，在昆明清华大学无线电研究所当了一年助教，在此期间考取了第五届庚子赔款留美公费生。1940年转到重庆国民政府资源委员会管辖下的昆明无线电厂工作。1941年他与其他考取第五届庚子赔款留美公费生共17人一同去香港准备出国，不料去美驻港领事馆办理签证时，认为他有砂眼，告以需在港治好后才能签发，不意竟被拖到太平洋战争突然爆发，香港被日本侵略军占领，他赴美求学之举也随之受阻。在当时，吕保维有鉴于日军即将入据九龙，乃设法以惠阳人返乡名义，从九龙走到惠阳，后经韶关回到昆明，仍在昆明无线电厂工作。

1943年夏，清华大学无线电研究所通知他去办理出国手续。这次办理赴美签证非常顺利。由于战事，他经印度、南非、南美，通过巴拿马运河到达美国纽约最后到达目的地波士顿。当年秋天进入麻省理工学院研究生院电机系学习，选学了当时正迅速发展的微波技术、雷达、通信和自动控制及电磁场理论和数学物理方法等。1944年6月，他以《线性调频信号监频器》的研究论文获科学硕士学位，并被选为Xigma Xi会员。同年入哈佛大学应用科学学院研究生院深造。在此期间，他自己动手，建立了一套用回波幅度比较方法测量电离层吸收的装置，并据此取得了一个季度的观测数据，得出了和Charpmam理论相符的结果。1947年2月，以此研究成果为基础的《电离层中无线电波吸收日变化》的研究论文获得了哲学博士学位。这是中国人第一次以自己设计的仪器去研究电离层吸收的重要成果。接着加入哈佛大学Cruft实验室从事电离层物理和无线电波在电离层中传播的研究。在此期间他又独立设计和安装了仪器，用后来被人们称之为干涉仪的原理的方法接收外国电台信号，并测量其电波到达角，这也是中国人第一次成功地进行的电波到达角的测量研究。

在美国求学期间，吕保维深切体会到美国社会与中国社会之间、西方文化与中国传统文化之间和中美两国发展阶段之间的差异，促使他对社会问题和哲学问题进行思考。约自1948年开始，美国新闻媒体不断传出了国内解放战争节节胜利的消息，他很受鼓舞，渴望了解中国革命的情况和马克思主义思想的他，遂到一家华人开的书店买了一些有关中国革命的小册子和一些有关马克思主义的经典著作。经过较仔细的阅读，他相信历尽苦难的中国人民，在中国共产党的领导下必将获得彻底解放，在革命胜利后一定要建设一个新的国家; 而建设新中国是一项伟大事业，也是一项艰巨的任务，必将需要各种人才。为此，1949年夏天他毅然决定回国，以求为祖国的建设贡献一份力量。那时从美国至远东没有正规航运交通，只偶而有从旧金山开往远东的货船可供搭乘，他便去旧金山暂住候船，直到1949年秋天才搭上一艘货船。船上没有乘客的铺位只好呆在甲板下的舱位，历尽辛苦到了香港。那时从香港到广州也无正常交通，只好乘了一艘小货船到塘沽。他辗转来到北京时正好 “十一开国大典”刚过。

吕保维初到北京时，人地两疏，不知去何处能找到适当的人介绍工作。于是他决定自己去寻找。一日偶然路过当时的电信总局，他便试着进去探询机会，很幸运地遇到了几位从解放区进城接收邮电系统和广播系统的干部，当他们了解了他从国外毅然回国参加建设的爱国行动，非常欢迎他留在邮电系统工作。随之他开始了为新中国服务的历程。当时，他的任务主要是筹划并开拓新中国的电波传播研究。这是一门基础性很强的交叉科学，同时也是一门综合性很强的应用科学。它不仅要借助于不断发展的电磁理论与电动力学，而且还需借助在地球物理、气象学、天文学、大气物理与空间物理等领域逐渐完备起来的基础理论与包括无线电电子学在内的诸种实验手段，才有可能使之得到长足的发展，并使之为现代意义上的无线电工程、宇航工程乃至气象工程、天文工程服务。深知其深刻意义的吕保维从此就全身心地投入了进去。

1953年初，邮电部电信科学研究所被全建制地划归军委通信兵部管辖，吕保维随之转了过去，担任电波传播与天线研究室主任。主持筹建新中国的电离层观测站网，包括组织研制生产了一批电离层探测仪。经过数年的艰苦创业，于1956年初建成了拥有8个站的中国电离层观测站网。在此期间吕保维考虑了筹建面向全国的电波传播研究机构。

1956年7月，中央军委建立了旨在发展我国空间事业的中国人民解放军0038部队 (航天部前身)。吕保维任职的通信兵部电信技术研究所被全建制地纳入该部队序列。素以革命与建设事业为重的吕保维欣然随之转了过去，继续主持电波传播研究工作，包括瞄准并紧跟当时国际电波传播发展步伐，组织开展了我国首次电离层和对流层散射实验和短波场强计算的研究。当时这些项目在国外也开展不久。他独立完成并发表的 “超短波前向散射理论”等论文记载了他的部分学术成果。

1956年，他作为我国四人代表团的一名主要成员参加了在西班牙巴塞罗纳召开的国际地球物理年大会，表明早在那时他就已被视为我国这个领域的主要知名专家了。由国际上地球物理学界著名科学家发起的这次大会的一个重要目标是在世界范围内协调各国有关学科，对将在1958年出现的超常太阳活动高年的地球环境与日地环境进行探测和研究。美国与苏联的代表团在这次大会上宣布，在国际地球物理年活动期间，将向空间发射人造地球卫星。这一开创空间时代的旷世之举为世人所注目。我国代表团团长陈宗器教授 (已经过世) 在这个大会上，宣传中国政府关于发展中国科学技术的远景规划的同时，宣告中国科学技术工作者亦将向地球物理和空间科学进军，包括承担其中的国际义务，受到与会代表的热烈欢迎。但后来由于台湾参加了这个国际组织活动等原因我国退出了这次合作。

1958年8月，依中国科学技术十二年发展远景规划纲要建立起来的中国科学院电子学研究所，为了加强对电波传播与天线这一新学科的研究与开发，吕保维又奉命转到该所主持该学科的开拓工作。

1959年，吕保维受国防科委和海军委托，研究海面上雷达的超视距探测能力，他与刘兆年利用改装了的电离层测高仪在大连完成了我国首次高频地波超视距雷达的原理试验。在岸边接收到离岸60至100公里海面上大船的回波。这是一个创新性的实验，但由于当时我国电子技术和工业水平有限，还无法应用其成果。

1965年，国家为了进一步加强电波传播的研究，组建了归属第四机械工业部的中国电波传播研究所。此研究所是依吕保维提出的设想与建议，由当时统管全国科学技术的聂荣臻副总理批示而建立的。1965年5月，他被调至该所任副所长兼总工程师。1966年6月，在此任上工作了一年，又因工作需要先是被调往中国科学院701工程处，继之又转到中国人民解放军8120部队和上海401单位等机构，参与和发射与运行人造地球卫星有关的科学研究工作。十分可惜的是，对中国革命与建设事业为害甚烈的 “文化大革命”，从开始到结束，正好伴随他的这段历程的始终，使得他无可奈何地在 “靠边站” 中度过。

1978年，当年他曾为之服务的中国科学院电子学研究所，由于 “文化大革命”的严重干扰与破坏，差不多成了只能从事电真空与激光器件开发的机构。组织上为了振兴被视为 “国家队” 的这个研究机构，吕保维被委以该所所长的重任。为把这个研究所重新恢复原就具有的综合众多电子学分支学科的规模，如信息与系统，天线与电波传播，激光与光电子，材料与工艺，真空电子学及电子器件等专业，并使之在若干国家急需开拓的前沿学科跟上国际先进步伐，他带领全所科技工作者投入了拨乱反正与再创业工作，经过6个年头的不懈努力，电子所在出成果、出人才上重又出现了欣欣向荣的局面。

1980年，吕保维由于在新中国电波传播事业的开创性贡献被选为中国科学院院士。同年，由中国科学院院长卢嘉锡教授推荐，吕保维与王大珩，陈芳允等教授被接纳为国际宇航科学院院士。

1984年他辞去所长职务后，潜心从事电磁波传播理论研究和培养高级电波科学研究人才的工作。在他指导下的中青年科学家群体近年来在电磁理论和电波传播理论方面又取得了不少新的科研成果。

他现在虽已是年逾八旬，但仍在不倦地著书立说，以期将自己的丰富知识和学术思想留给年轻一代。他计划撰写的一套关于经典场论的小丛书，共有四个分册，即电磁场理论，狭义相对论，广义相对论和宇宙学概论。他对宇宙学有自己一些独特的见解。他认为整个宇宙的时间为无限，空间为有限无边，整个宇宙由多个亚宇宙组成，而“我们的宇宙”仅仅是其中之一。这些他仍都在不倦地探索之中。

吕保维关心国家建设和社会进步，在我国科学界享有很高的知名度，他的科学成就和正直、坚毅的人品获得人们普遍的赞誉。他曾先后被选为或担任全国人民代表大会第五届、第六届、第七届的代表，中国空间科学学会理事长，中国电子学会理事，中国电子学会会士，中国通信学会会士，中国电子学会电波传播分会主任委员等职。

重大科研成果举例

为新中国组建电离层观测站网

吕保维自1949年秋回到祖国后，在邮电部所属的电信科学研究所及军内有关研究所的最初的八、九年内，筹划和开拓了新中国的电波传播事业。首先他集中精力组建电波传播研究室，培训队伍。当时的工作条件十分简陋，主要观测设备都需要自己设计研制，无线电器材也十分短缺。很多电子部件，如脉冲变压器、高压开关等，都要自己设计研制，甚至一些电子管的管座也要自己做。在此期间研制了电离层垂测探测仪，电离层吸收仪和来波测向仪等一批观测设备; 接着他主持制定了电波传播发展规划和领导建立了全国电离层观测站网。站网的布局是沿120°经度线，每隔5°纬度一个站的链，以研究中国地区电离层纬度效应;而在45°和30°纬度，东西跨50°经度建两条链，以研究中国地区电离层的经度效应。整个观测站网东起长春，西至乌鲁木齐，北起满洲里，南至海口，包括科学院建制的佘山、武昌在内有十个站的中国电离层观测站网，已于1956年基本建成。这个物质成果，不仅使当时亟待开展的短波无线电通信频率预测、电离层物理和电离层电波传播研究有了依靠，还为此后开展电离层及对流层散射传播之类的热门课题的实验研究奠定了基础。

发展了对流层和电离层前向散射理论

吕保维在无线电波的对流层和电离层前向散射传播理论的研究上，对前人的工作作了很大的发展。1959年他在《SCIENTIASINICA》 ( 《中国科学》英文版) 上发表的《超短波前向散射理论》一文，提出了前向散射的散射截面和接收功率的表达式可以用量 ∫ρ(ξ)exp (—jkξ) dτ表示，而它是介电常数起伏的相关系数ρ (ξ) 的三维富里埃变换。在对流层水蒸气不是稳定状态的假设条件下，对流层介电常数可以仅表示为温度的函数，这样就能方便地把介电常数起伏的相关系数看作与温度起伏的相关系数一样，于是∫ρ(ξ)exp (—jkξ)dτ在惯性范围内是服从(—11/3)幂函数。在电离层，介电常数起伏的相关系数与电子浓度起伏相关系数相同。于是导出了扩散方程必须满足电子浓度分布。这时，∫ρ(ξ)exp (—jkξ) dτ则在惯性范围内也是服从 (—11/3)幂函数。这一理论的数学表述比前人的结果更符合实际。在当时这一成果曾被西方学者赞为社会主义国家电信研究重要成果之一。

提出了地面与卫星式飞船短波通信的 “滑行波” 模式理论

对于地面与卫星式飞船的通信，一般多用甚高频 (VHF) 以上波段。由于VHF波段只能在视距范围内传播，对于没有海外基地的我国，各跟踪站的天—地通信距离是有限的。为了扩大天—地通信的覆盖范围和增加国内基地站的跟踪时间，考虑超视距通信是必要的。实现超视距通信则要用短波波段。那么这是一种什么样的传播模式呢?在1961年我国第六次星际航行讨论会上，吕保维提出了一种天—地短波超视距通信的 “滑行波”模式的完整理论。依短波传播理论，在电离层内有反射、穿透、环球传播三种可能传播方式。反射条件是a·cosθ0/(μγ)min>1，穿透条件是a·cosθ0/(μγ)min<1。其中μ为电离层折射系数，γ为反射点径向距离，a为地球半径，脚标min表示最小值。使a/(μγ)min＝1的频率为 “最高反射频率”。由于电离层可能出现各种不均匀结构，天—地超视距通信就变得可能，但十分复杂。可能会出现“多次反射”、“多次反射加散射”或 “滑行波”模式。当飞船无论在低于或高于 (μγ)min高度要实现远距离滑行传播时，都必须使之在(μγ)min处的(μ2r2—a2·cos2θ0)之值略小于或略大于零。如使用频率在使(μγ)min＝0与使(μγ)min＝a之间，那么总有一个角度θ0使μ2r2—a2cos2θ0＝0。因此，在邻近这个θ0角度的射线会发生“滑行波”模式传播，依理论推导，这个频率应在临界频率f0和3.4f0之间。

吕保维后来使之进一步完善的理论，于1993年被北京国际电波传播学术讨论会特邀作了大会报告，并收入即将出版的、由美国麻省理工大学教授J.A.Kong主编的《电磁研究进展》(Progressin Electromagnetic Research)中。吕保维的这个理论对地面与卫星式飞船的超视距短波通信电路设计有指导意义。

纠正了经典绕射理论中在数学推导上的错误

1937年，范·丹·坡尔 (Van dan pol)，布莱麦 (Bremmer)和福克(Фok)等人所发表的论文中，利用华生(Watson)变换讨论无线电波绕射问题时，把矢量位的级数变为留数级数而收敛很快，从而得出了电场和磁场强度解。吕保维于1965年在《中国科学》英文版上发表的《无线电波沿地球绕射理论的若干数学问题》一文，纠正了前人理论在数学上的错误。他认为Watson变换过于理想化(即地球内波数k2＝∞，收发点的地心距b(或r)等于地球半径a)，实际上，k2虽然很大，但不会是无限大，r (或b)=a也不一定满足，频率高时更是如此。Van der Pol和Bremmer等人在试图放宽限制的努力中获得了一定成功。在更一般情况下，f(ν—1/2) 不再是ν的偶函数，但Van和Bremmer认为k2足够大，f(ν—1/2)与偶函数差不多，从而把初场分为表示发射偶极子直接到达接收点的波和表示穿过地球而到达接收点的波，因而可忽略后者，使初场近似为修正过了的初场。如果把这个修正过的初场作为入射波，那么到达地面时，有一部分反射而另一部分被折射。在接收点的总场近似地等于改过的初场与它所产生反射波的场之和。这在物理概念上是难于理解的。因为我们将不能不得出修正过的初场恒等于0的荒谬结论。究其根源是他们将初场分成两个部分，这是不正确的，也是不许可的。因为如此分成的两个级数实际上是发散的。自1937年以来无人注意到这一自相矛盾的结果和未能充分理解公式可应用的条件。吕保维注意到虽然Van和Bremmer以及Фok等人的最后结论是正确的，但推导方法是错误的。吕保维为了把Watson变换方法用到更一般情况，合理地假定k2足够大，同时使b和r中的较小一个足够地接近于a时，虽然初场和修正过的初场分别单独看时并不对应于ν的偶函数，但它的总和却近似地对应于一个ν的偶函数，于是Watson变换可以加以引用来求得矢量位的留数级数。这样就可以在数学上、物理上十分严格地证明前人的结果。

提出了在极区损失锥区内沉降电子产生电磁波理论

对于在极区沉降电子激发产生电磁波的问题，尤其关于极区千米波辐射问题引起了不少学者研究。在关于等离子体中波的动力学理论中，遇到了P或ν空间的积分，由于它的被积函数在实轴的极点上，蓝道 (Landau) 在非相对论性情况下提出了一种求解积分的方法。当电子为相对论性时，蓝道的方法则不能在未加以证明的情况下贸然引用。吕保维于1987年在《中国科学》A辑上发表的《关于在极区损失锥区内沉降电子激发产生电磁波理论》一文论述了这一问题。他首先将蓝道求解的一类积分方法推广到非强相对论性的情况，从而证明了一个常被认为理所当然地引用的重要关系。再考虑到在极区地球磁场的损失锥结构对电子的分布函数有重要影响，他还提出了关于损失锥区内电子平衡分布函数的一种较接近于实际的新模式。

热爱祖国、热爱科学，热爱社会主义建设事业的吕保维，以其在电波传播空间科学上的不断实践，赢得了我国科学技术界的赞誉。

简历

1916年7月22日出生于江苏省常州市。

1935年夏毕业于上海中学。

1935—1939年清华大学(后为西南联合大学)电机系就读，毕业后留清华大学无线电研究所当助教。

1940—1943年在重庆国民政府资源委员会昆明无线电厂工作。

1943—1944年入美国麻省理工学院研究生院电机系学习，获科学硕士学位。

1944—1947年入美国哈佛大学应用科学学院研究生院学习，获哲学博士学位。

1947—1949年美国哈佛大学CRUFT实验室工作。

1949年10月—1952年在邮电部电信科学研究所工作。

1953—1957年在军委通信兵部电信技术研究所任室主任。

1957—1958年在中国人民解放军0038部队任研究室主任。

1958—1965年在中国科学院电子学研究所任研究室主任，研究员。

1965—1966年中国电波传播研究所任副所长兼总工程师。

1966—1978年先后在中国科学院701工程处，中国人民解放军8120部队技术处、上海401单位等机构任研究员。

1978—1984年中国科学院电子学研究所任所长，研究员。

1984年— 中国科学院电子学研究所研究员。

主要论著

1 Lu Baowei.Use of discriminators in the linear of FM signals.Masterthesis， MIT， June 1944.

2 Lu Baowei.The diurnal variation of absorption of radio wave in the ionosphere.Doctor thesis， Harvard University， Feb.1947.

3 Lu Baowei.Theory of forward-scatter propagation of ultrashort radio waves.Scientia Sinica， 1959，3(7)：765—780.

4 吕保维.地面与高空飞行器间的无线电波传播问题，第六次星际航

5 Lü Baowei.Some mathematical considerations in the theory of diffrac-tion of radio waves around a spherical earth. Scientia Sinica， 1965，19(4)：553～560.

6 吕保维. 空间科学(词条).见：中国大百科全书·固体地球物理测地与测绘和空间科学卷.北京：中国大百科全书出版社， 1985.

7 吕保维.关于在极区损失锥内沉降电子激发产生电磁波理论. 中国科学 (A辑)， 1987 (9)： 1000—1008.

8 Lu Baowei.A unified theory of ionospheric propagation of short radiowaves with special emphasis on Long-distance propagation.accepted tobe published in Progress in Electromagnetic Research，edited byProf.J.A.Kong， MIT USA.Elsevier Science Publishing Co.，INC.

9 Lü Baowei.HF Gliding Mode Propagation.Proceedings of 1993 Inter-national Symposium on Radio Propagation (ISRP’93)， August 1993，Beijing， China： 1—8 and 419—422.

10 吕保维.太阳物理和日地关系，及关于宇宙学中若干问题的讨论.见：王大珩主编的《太空、地球、人类》(第一版)第一部分第一章.南宁：广西科学技术出版社， 1993年11月.

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