引子——为什么想到谈这个问题
我学习和研究惯性导航系统已经有近十年了,主要做的是算法和系统研究,在这比较漫长的科研之路上,我对于问题的理解、分析问题的角度、探究解决方案的思考方式都在不断变化,可能这就是一个经验积累的过程吧。日常写的技术性的总结不少,但是记录研究心得的文章还是第一次。
写一点研究心得的想法源自最近和教研室师弟的一段交流。他在研究将手机随意放到车上以后,如何用手机上的传感器检测车辆的运动状态,让我看一下他即将汇报研究进展的ppt。看完后唯一的感受就是,整个ppt都是简单地列出了IMU数据变化图,没有具体的研究内容、关键技术、数据处理流程、算法原理的内容。对问题的分析处于浅层状态,没有找到问题的根本,没有理清楚解决问题的思路。这样就算花费很多时间,获得的收益也是很有限的。
这也促使我简单总结一下自己学习和研究问题的体会,是自己长期工作的总结,也希望可以对他人有一点帮助。
锻炼想象力 让其成为现实(定性和定量)
想象力是发现问题和提出创新的原动力。这里的发现问题不是指看见问题,看见现象,而是发现问题的本质,了解产生问题的机理。就比如这个手机测姿问题,刚拿到问题,没有试验数据和仿真模型,只能靠自己去想象,根据现在的研究基础、实验室的软硬件基础,去在大脑中构建这样一个系统。思考整个整个过程系统如何运转,传感器可以测量到什么,会有什么样的干扰,和哪种已有的系统比较相像等等问题。这一过程不需要很细致,仅仅是确定自己的下一步的研究方向和初步的研究重点。这一切肯定会随着后续研究的进行不断调整。但是这是走出第一步的关键,不踏出这一步,哪怕是方向错误的一步,就永远不知道正确的方向在哪儿。所以要锻炼想象力,因为接下来的研究就是在完善和实现自己想想的内容。
当然了这里想想的基础是自己已经了解了自己研究方向的基础理论和基本方法,基础理工具永远是研究一切问题的前提。
数理分析很繁琐,但是必不可少
分析一个问题分为定性分析和定量分析,我认为前者侧重于对现象的观察,和凭借直觉给出研究思路。这种方法并非不严谨,而是凭借自己的知识储备和经验确定解决问题的思路。后者则需要利用数学手段完成系统建模、误差建模、系统分析等工作。这一过程往往伴随着大量的公式推导,需要查阅很多资料,而且必须十分专注,一个小小的失误可能就会让之前的工作失去价值。应当没有人会喜欢这一过程,哪怕是跟着前人的结论一步步检验和复现都会让很多人望而却步。但这是解决问题的关键,很多问题的突破都藏在对问题进行严格数理分析的过程中,很多新颖的方法、巧妙的手段也需要在这样的分析过程中去感悟和发现。
数缺形时少直观,形少数时难入微。形数结合百般好,隔离分家万事休。 —— 华罗庚
假设时胆子要够大 求证时步子要稳健
这里所说的假设是指自己得出的思路和解决方案,大概率是没有验证的,不确定可行性的,其实就是对问题答案的猜想。“大胆假设,小心求证”,所以在提出一个解决方案时可以大胆一点、疯狂一点。我们往往是经过前期漫长的学习、研究才得到一个答案,这样的“答案”极有可能是最优的、甚至非常接近最优解。不能因为可能在书本上没有见到过、或者觉得后期验证工作量大就轻易放弃。在后期的求证过程中,就需要小心谨慎,前边多大胆,后边就要多谨慎。在求证阶段或者说检验评估阶段,最重要的就是有理有据和过程正确。
我在研究捷联惯导算法时就有很多猜想,大都是在看数学相关书籍或者专业论文时联想到出来的,有的时对现有成果的提升和优化,有的则是没有在任何文献上看到过。虽然有一半都不好论证和评估其有效果,但是我都会简单记录,并做好笔记,等自己闲下来的时候就打开研究一下,我最近发表的论文基本都是这样出来的。