Дмитрий Васильевич Агеев – выдающийся ученый и педагог

М. А. Быховский

Учить других – потребен гений,
Потребна сильная душа.

Н. Некрасов

Зарождение теории связи относится к концу 20-х – середине 40-х гг. XX века. Это было время, когда формировались и устанавливались ее основные понятия и важнейшие закономерности. В этом процессе принимали участие ученые разных стран.

Дмитрий Васильевич Агеев

К основоположникам теории связи следует отнести и выдающегося отечественного ученого и педагога Дмитрия Васильевича Агеева – доктора технических наук, профессора, заслуженного деятеля науки и техники РСФСР. Основной областью его деятельности было преподавание радиотехники. Вместе с тем, обладая огромным творческим потенциалом и чувствуя перспективные тенденции развития радиотехники, он выдвинул ряд важнейших идей, вошедших в золотой фонд основных положений теории связи.

К заслугам Д. В. Агеева следует также отнести и то, что он, будучи профессором Горьковского политехнического института, создал одну из крупнейших в нашей стране научную школу, в которой был выполнен ряд весьма оригинальных научных работ. Им подготовлено 55 кандидатов и 11 докторов наук. Многие его ученики стали известными специалистами.

В нашей стране Д. В. Агеев пользовался большим авторитетом среди ученых и инженеров. За свои научные достижения и работу по подготовке научных кадров он был награжден орденом Трудового Красного Знамени, медалью "За доблестный труд", ему присвоено звание "Почетный радист СССР".

Дмитрий Васильевич Агеев родился 21 февраля 1911 г. в С.-Петербурге в семье рабочего. Еще в школьные годы он увлекся радио и поэтому после окончания школы попытался поступить в Ленинградский электротехнический институт (ЛЭТИ). Первая попытка оказалась неудачной, но он принял твердое решение посвятить себя радиотехнике. Для подготовки в институт Агеев поступил на Государственные курсы, где учился в течение года. На курсах его успехи были столь высоки, особенно по математике, что ему рекомендовали поступать на математический факультет Ленинградского университета. Но Д. В. Агеева влекла радиотехника, и в 1930 г. он стал студентом радиотехнического факультета Ленинградского института инженеров связи – ЛИИС (так до Великой Отечественной войны назывался Ленинградский электротехнический институт связи (ЛЭИС) им. профессора М. А. Бонч-Бруевича).

В 1935 г. Агеев успешно закончил институт и был оставлен в аспирантуре. В этом же году он опубликовал две фундаментальные теоретические работы: "О переходных процессах в резонансном усилителе" (совместно с академиком Ю. Б. Кобзаревым) и "Основы теории линейной селекции".

В первой работе к исследованию переходных процессов в многокаскадных приемно-усилительных устройствах впервые был применен метод медленно меняющихся амплитуд, разработанный в 20-х гг. известным голландским ученым Ван дер Полем. Эта работа положила начало в нашей стране важным исследованиям переходных процессов в резонансных линейных цепях, которые продолжили академик А. Н. Щукин и отечественные профессоры И. С. Гоноровский и С. И. Евтянов.

Вторая работа имела принципиальное значение для теории связи. В ней было показано, что при использовании линейных методов возможны три вида разделения сигналов: частотное, временное и компенсационное (по форме).

Кандидатская диссертация Д. В. Агеева "Теория селекции и проблема пропускной способности "эфира" (1939 г.) была выполнена под руководством М. А. Бонч-Бруевича – крупнейшего отечественного ученого, одного из основателей знаменитой Нижегородской радиолаборатории, выполнившего важные исследования в области радиотехники и распространения радиоволн. Эта работа, содержащая ряд новаторских идей, при защите была признана Ученым советом выдающейся, отвечающей всем требованиям, предъявляемым к докторским диссертациям, и защищать ее Агееву было рекомендовано как докторскую. Но он не счел возможным дважды защищать одну и ту же работу и, выполнив новые научные исследования, в 1940 г. представил к защите докторскую диссертацию "Новый метод многоканального телеграфирования", в которой был исследован групповой метод передачи элементарных сигналов, применение которого позволяло ослабить действие импульсных помех в десятки и сотни раз.

Своевременной публикации исследований, вошедших в докторскую диссертацию Д. В. Агеева, помешала Великая Отечественная война. Длительное время они оставались известными лишь узкому кругу специалистов. В начале войны диссертация Агеева затерялась в недрах Высшей аттестационной комиссии и нашлась только в 1948 г. На основании данной работы Президиум Академии наук СССР присвоил Д. В. Агееву ученую степень доктора технических наук.

Зиму 1941-1942 гг. Д. В. Агеев вместе с семьей провел в блокадном Ленинграде. Пережив блокаду, ученый весной 1942 г. вместе с ЛЭИС, в котором тогда работал, был эвакуирован в Кисловодск, а затем переехал в Тбилиси, где преподавал высшую математику, теоретическую радиотехнику, заведовал кафедрой высшей математики.

Летом 1945 г. ЛЭИС возвратился в Ленинград. Но поскольку здоровье маленькой дочери Д. В. Агеева было подорвано голодной зимовкой во время блокады, его направили в Одесский электротехнический институт связи (ОЭИС), в котором в 1946-1949 гг. он заведовал кафедрой радиоприемных устройств, читал лекции по теоретической радиотехнике, радиоприемным и усилительным устройствам.

Интересен один из эпизодов из биографии Д. В. Агеева, характеризующий его как принципиального и мужественного человека с чувством собственного достоинства. Директор Одесского электротехнического института связи, не имея ни одной научной публикации, решил получить ученое звание и защищать диссертацию. В то время единственным доктором наук в институте был Д. В. Агеев, и ему предложили выступить с оценкой представленной к защите работы. Внимательно рассмотрев диссертацию директора, Д. В. Агеев не нашел в ней ничего нового и честно написал крайне отрицательный отзыв. В результате со стороны директора началась травля ученого, и он был вынужден искать работу в других городах. Поскольку Д. В. Агеев был хорошо известен как крупный специалист в области радиотехники, его пригласили сразу несколько вузов. Его выбор пал на Горьковский индустриальный институт (впоследствии Горьковский политехнический институт – ГНИ, в настоящее время Нижегородский государственный технический университет), в котором он и проработал всю жизнь.

С переходом в ГПИ начинается новый, исключительно плодотворный, период в жизни Д. В. Агеева. В 1949 г. его избирают на должность заведующего кафедрой радиотехники ГПИ, а позже он заведует кафедрой радиоприемных устройств. Эта кафедра входила в состав электротехнического факультета, который появился в результате переименования в 1947 г. радиотехнического факультета. Понимая всю важность для страны подготовки специалистов в области радиотехники, Д. В. Агеев предложил восстановить в ГПИ радиотехнический факультет, и в 1952 г. этот факультет снова стал самостоятельным. В этом же году Агеев организовал на факультете две новые кафедры: "Радиоприемные устройства", которую он сам возглавил, и "Радиопередающие устройства". В 1955-1959 гг. Д. В. Агеев был деканом радиотехнического факультета ГПИ, сыгравшего значительную роль в подготовке отечественных специалистов в области радиотехники.

В ГПИ Д. В. Агеев не только руководил научной работой своих сотрудников, но и сам занимался решением многих актуальных проблем современной радиотехники. Ему принадлежит ряд крупных изобретений. Новый тип детектора сигналов фазовой телеграфии, импульсный метод усиления низкочастотных колебаний, метод нелинейной селекции, ряд способов подавления импульсных помех, метод повышения селективности радиотехнических устройств, система связи с многозначной модуляционной характеристикой, – таков неполный перечень его работ. Им же были выдвинуты новые понятия теории спектров, разработана теория радиоприема ЧМ со следящей настройкой. В 1951 г. Д. В. Агеев предложил ключевой метод усиления электрических колебаний, а в 1957 г. доказал важную для теории связи теорему о функции времени с ограниченным спектром. В 1958 г. выходит написанная совместно с Я. Г. Родионовым монография "ЧМ радиоприем со следящей настройкой", в которой изложена разработанная Д. В. Агеевым теория этого важного вида радиоприема, выявившая потенциальные возможности помехоустойчивости. Впоследствии (1973 г.) им были определены предельные возможности разделения сигналов с помощью фильтров с переменными параметрами.

Скончался Дмитрий Васильевич Агеев 31 июля 1997 г.

Сфера научной деятельности Д. В. Агеева была необычайно широка, и в ряд направлений теории связи он внес фундаментальный научный вклад.

Наиболее значительным вкладом Агеева в теорию связи считается работа "Основы теории линейной селекции", вошедшая в его кандидатскую диссертацию. Она была опубликована в 1935 г. в Научно-техническом сборнике связи ЛИИС (№ 10, с. 35–41) и получила широкую известность среди отечественных специалистов. В ней впервые были определены принципы и предельные возможности разделения сигналов линейными системами в частотной и временной области, а также по форме, и было доказано, что необходимым и достаточным условием разделения сигналов линейными методами является их линейная независимость. В 1970 г. профессор Л. М. Финк в своей книге "Теория передачи дискретных сообщений" отмечал: "К сожалению, теория уплотнения канала еще мало разработана и наши знания в этой области недалеко ушли от того, что было заложено в 1935 г. в работе Д. В. Агеева".

В кандидатской диссертации Агеева впервые была дана геометрическая трактовка процессов передачи и приема сигналов при наличии помех, широко применяемая ныне в теории информации и помехоустойчивости. В основу теории положена физически реализуемая модель сигналов конечной длительности. В этой работе Агеев впервые использовал представление сигналов и помех в многомерном функциональном пространстве. Позже такое представление использовалось В. А. Котельниковым в его знаменитой "Теории потенциальной помехоустойчивости". Над теорией помехоустойчивости профессор Д. В. Агеев продолжал работать всю жизнь.

Д. В. Агеев, в числе первых, понял важность проблемы эффективного использования радиочастотного спектра (РЧС) обусловленной быстрым ростом числа радиостанций, работающих в эфире. Одним из решений этой проблемы является применение таких способов передачи, которые позволили бы в ограниченной полосе частот передавать сигналы как можно большего числа радиостанций. Идеи группового способа передачи сигналов для борьбы с кратковременными нарушениями связи (например, из-за действия мощных импульсных помех), предложенные Д. В. Агеевым в 1938 г. и вошедшие в его докторскую диссертацию, вели непосредственно к созданию систем широкополосной передачи сигналов (ШПС), в которых для передачи сообщений использовалась не гармоническая, а широкополосная несущая. В статье Д. В. Агеева и его ученика Ю. Н. Бабанова "Передача сигналов с перекрывающимися частотными спектрами" ("Радиотехника", № 10, 1964) была описана система, в которой широкополосная несущая формировалась путем модуляции по линейному (или любому другому) периодическому закону частоты задающего генератора. Полезный сигнал модулировал широкополосную несущую таким образом, чтобы его активный спектр в любой момент занимал небольшой участок частот и перемещался по определенному закону в пределах частотного диапазона, ширина которого была бы значительно больше ширины активного спектра полезного сигнала. Используя современную терминологию, можно сказать, что в этой работе для передачи информации предлагалось применение широкополосных сигналов с большой базой. Сегодня широкополосные системы применяются в системах связи различного назначения (как стационарных, так и подвижных).

К сожалению, упомянутую выше работу в 60-х гг. уже нельзя было считать новаторской, так как в США широкополосные системы связи разрабатывались начиная с середины 40-х гг. Следует отметить, что аналогичный предложенному в статье Д. В. Агеева и Ю. Н. Бабанова метод широкополосной передачи связан с изменением частоты несущего колебания за время передачи информационного символа. Этот метод долгое время оставался секретным, хотя был изобретен еще в 1940 г. известной американской актрисой X. Ламар и ее мужем – композитором Г. Атсейлом. В отечественной литературе такие широкополосные сигналы называют сигналами с частотно-временной матрицей.

В ГПИ была создана теория разделения сигналов линейными фильтрами с переменными параметрами, определены их предельные возможности, предложена теория построения некоторых типов нелинейных фильтров. Работы в области помехоустойчивости систем связи и разработку эффективных методов селекции сигналов в дальнейшем продолжили ученики Д. В. Агеева доктора технических наук Ю. Н. Бабанов, А. А. Горбачев и др. Ю. Н. Бабанов исследовал методы разделения двух сигналов с амплитудной модуляцией, передаваемые в общей полосе с небольшой частотной расстройкой между несущими, а А. А. Горбачев выполнил подобные исследования для сигналов с частотной модуляцией. Сегодня, в связи с переходом всех систем связи на цифровые методы передачи, эти исследования утратили свою актуальность. Однако их значение состоит в том, что они расширили наши знания о возможных методах передачи сигналов по каналам связи.

Другим важным направлением, которое интенсивно (как теоретически, так и экспериментально) исследовалось в ГПИ под руководством Д. В. Агеева, была разработка методов подавления импульсных помех (ИП). Эта проблема весьма актуальна для систем радиосвязи, работающих в диапазоне коротких и ультракоротких волн, в которых действие атмосферных и индустриальных помех, носящих импульсный характер, ограничивает чувствительность приемных устройств. Д. В. Агеев предложил оригинальный метод подавления ИП, названный методом преобразования спектра сигнала и его ограничения. Суть его состояла в том, что полезный (низкочастотный) сигнал с наложенной на него мощной ИП, занимающей широкий спектр, пропускался через линейную дифференцирующую цепь, ослаблявшую частотные составляющие полезного сигнала и слабо искажающую ИП. На выходе линейной цепи устанавливался ограничитель, имеющий линейный участок, простирающийся вплоть до максимально возможных значений полезного сигнала. Этот ограничитель практически не воздействовал на полезный сигнал, а уровень ИП в нем существенно ограничивался. За ограничителем следовала интегрирующая цепь, в которой полезный сигнал восстанавливался, а ИП еще более подавлялась. Многочисленные методы и оригинальные устройства для борьбы с помехами разрабатывали и исследовали ученики Д. В. Агеева – А. А. Горбачев, A. M. Шабалин, Б. И. Кузьмин, А. И. Гречихин и др.

В 1955 г. Д. В. Агеев ввел и научно обосновал основные понятия спектрального анализа. Им было введено новое понятие – активная полоса частотного спектра функции времени и дан способ ее вычисления. Д. В. Агеев исходил из того, что в каждый данный временной отрезок основной вклад в формирование функции вносит не весь ее спектр, а лишь некоторая "активная" его часть, что нашло отражение в широко известной в нашей стране монографии "Спектры и анализ" академика А. А. Харкевича. Новое понятие оказалось удобным для анализа систем, обрабатывающих сигналы, мгновенная частота которых изменяется достаточно медленно. Работы Д. В. Агеева в этом направлении были связаны с работами других ученых: академика А. А. Харкевича, а также американских ученых Р. Фано и К. Пэйджа, которые ввели понятие "мгновенного спектра", определяемого как спектр конечного отрезка процесса, непосредственно предшествующего данному моменту.

В 1957 г. Д. В. Агеев доказал замечательную теорему, к которой можно с полным основанием отнести слова известного немецкого писателя С. Цвейга "прекрасна истина, кажущаяся неправдоподобной". Теорема имела следующую формулировку: Пусть на интервале (t1, t2) заданы любая непрерывная функция U(t) и произвольная частота F. Тогда можно построить функцию, спектр которой не содержит частот выше F, сколь угодно близкую (в среднеквадратичном смысле) к U(t) на интервале (t1, t2).

Например, в интервале времени длительностью 1 с можно задать функцию, меняющую свой знак миллион раз, и продолжить ее вне этого отрезка времени так, чтобы ширина спектра продолженной функции не превышала величину, скажем, 0,1 Гц. Об этой, на первый взгляд парадоксальной, теореме подробно пишет в своей прекрасной исторической книге "Сигналы, помехи, ошибки... " (М.: "Связь", 1978) выдающийся отечественный ученый Л. М. Финк. В частности, он вспоминает, что после того, как Д. В. Агеев в 1957 г. на Всесоюзной научной сессии Научно-технического общества им. А. С. Попова изложил эту теорему, большая часть слушателей не поверила в ее справедливость и даже попытаться найти погрешности в представленном доказательстве. Теорема Агеева существенно расширила представления инженеров о закономерностях формирования спектра сигналов и нашла практическое применение при создании цифровых звуковых систем.

В 1939 г. американский инженер Дж. Г. Чаффи изобрел демодулятор частотно-модулированных сигналов (ЧМ) с обратной связью по частоте (демодулятор ОСЧ). Как известно, частотная модуляция обладает порогом. Это означает, что для демодулятора ЧМ сигнала можно указать пороговый уровень полезного сигнала: если принимаемый сигнал имеет более низкий (по отношению к пороговому) уровень, то прием становится практически невозможным из-за резкого снижения качества приема. Эксперименты показали, что демодулятор ОСЧ имеет по сравнению с обычным ЧМ демодулятором пониженный пороговый уровень, т. е. он более помехоустойчив. До исследований, предпринятых в ГНИ Д. В. Агеевым и его учеником Я. Г. Родионовым (1955 г.), теоретические исследования многих сложных вопросов, касающихся демодулятора ОСЧ, в том числе его устойчивости и проектирования, никем не проводились. Эти ученые впервые разработали теорию следящего приема ЧМ сигналов, опубликованную в Трудах ГНИ, а в 1958 г. – в монографии "ЧМ радиоприем со следящей настройкой". Следящие демодуляторы ЧМ сигналов получили широкое применение только в середине 60-х гг. в спутниковых и тропосферных системах связи, для которых весьма актуальной проблемой являлось снижение энергетического потенциала линий связи.

На результатах, представленных в монографии Д. В. Агеева и Я. Г. Родионова, базировались более поздние, посвященные следящему приему ЧМ сигналов, исследования крупных отечественных специалистов Л. Я. Кантора, А. С. Виницкого, Ю. А. Афанасьева и др.

Помимо значительного вклада в теорию связи, Д. В. Агеев с учениками добились заметных результатов в области радиотехники, которые нашли отражение в книге Д. В. Агеева и С. С. Зельманова "Основы теории резонанса в линейных системах". Кроме того, совместно со своим учеником А. В. Зеньковичем Агеев ввел новое понятие "динамический резонанс" – резонанс в колебательном контуре с нелинейным активным сопротивлением и зависящей от амплитуды колебаний в нем частотой; исследовал явление резонанса в линейных системах с переменными параметрами, а также разработал методы оценки искажений, возникающих при прохождении ЧМ сигналов через различные связные тракты. Начиная с 1951 г. Д. В. Агеев с В. В. Малановым, К. П. Половым и др. разрабатывал в ГПИ общую теорию усиления радиосигналов, на которой основано большое число методов повышения энергетической эффективности усилительных устройств. Это способствовало развитию метода повышения коэффициента полезного действия (к. п. д.) усилителя с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), предложенного в 1932 г. крупными советскими радиоспециалистами академиком А. Л. Минцем и профессором С. В. Персоном. В соответствии с этим методом, подлежащий усилению звуковой сигнал преобразуется в модуляторе в последовательность импульсов постоянной амплитуды с двухсторонней ШИМ. Частота импульсной последовательности существенно превышала частоту В. А. Котельникова, равную 2F_B, (F_B – верхняя частота спектра усиливаемого сигнала). Импульсы небольшой мощности с ШИМ управляют включением тока, протекающего через мощные усилительные лампы. На нагрузке усилителя выделяется усиленный звуковой сигнал. Поскольку в спектре двухсторонней ШИМ спектральные составляющие звуковой частоты имеют значительную интенсивность, то к. п. д. усилителя, работающего на данном принципе, оказывается близким к 100%. В традиционных же усилителях к. п. д. составляет всего около 20%.

Д. В. Агеев прожил большую и плодотворную жизнь, наполненную напряженным созидательным трудом. Им и его многочисленными учениками были выполнены первоклассные работы во многих областях радиотехники. Полученные результаты повлияли на исследования, проводимые позднее другими отечественными учеными, и вошли в книги, по которым учились тысячи специалистов.

И все же должного влияния на развитие мировой науки результаты исследований Д. В. Агеева не оказали, поскольку публиковались несвоевременно и в мало доступных изданиях, а поэтому становились известными лишь ограниченному кругу специалистов. Крайне редко публиковались они и в ведущих специальных журналах за рубежом. К сожалению, и сам Д. В. Агеев уделял недостаточное внимание публикациям своих работ.

Другой важной причиной, по которой влияние отечественной науки на мировую было недостаточным, является то, что многие десятилетия она находилась фактически в изоляции от процессов развития мировой науки. Отечественные ученые, как правило, были лишены возможности участвовать в международных научных конференциях, свободно общаться с зарубежными коллегами и публиковаться в зарубежных научных журналах. Кроме того, серьезно ограничивали возможности наших ученых и жесткие правила публикации научных результатов в открытой печати. Политика государства, приводящая к закрытости общества, не позволяет национальным научным достижениям стать частью мировой науки и, безусловно, снижает общий культурный уровень нации. Об этом еще в начале XX века убедительно писал видный русский физик Н. А. Умов, слова которого и сегодня звучат актуально: "Политическое значение нации может быть прочным лишь при условии, что культурный ее уровень соответствует ее политическому подъему. В наше время оружие, мужество не являются единственными факторами, обеспечивающими успех в борьбе народов за свое развитие и существование.... Если обратимся к нашей стране, то осознаем, что мы, к сожалению, до сих пор большей частью перенимаем и заимствуем и очень мало вкладываем в культурную жизнь человечества".

Дмитрий Васильевич Агеев принадлежал к той категории людей, о которых писал знаменитый дагестанский поэт Расул Гамзатов:

Ты перед нами, время, не гордись,
Считая всех людей своею тенью.
Немало средь людей таких, чья жизнь
Сама источник твоего свеченья.

Будь благодарно озарявшим нас
Мыслителя, героям и поэтам.
Светилось ты и светишься сейчас
Не собственным, а их великим светом.

По словам великого немецкого ученого Г. Лейбница, "... науки и искусства... постоянно содействуют славе Господней и благосостоянию рода человеческого. Науки и искусства составляют настоящее сокровище человеческого рода, ибо посредством их искусство превозмогает природу и цивилизованные народы отличаются от варварских".

Выдающийся российский ученый Дмитрий Васильевич Агеев был одним из тех людей, труды которых пополнили мировые сокровища научной мысли и способствовали прогрессу в области связи.

Литература

1. Маланов В. В. О жизненном пути и педагогической деятельности профессора Д. В. Агеева, http://www.adm.nntu.sci-nnov.ru
2. Зенькович А. В. Научное наследие профессора Д. В. Агеева, http://www.adm.nntu.sci-nnov.ru
3. Быховский М. А. Круги памяти (Очерки истории развития радиосвязи и вещания в XX столетии). – М.: Информационно-технический центр "Мобильные коммуникации", 2001. – 223 с.

Статья опубликована в журнале "Электросвязь" №7, 2002 г., стр. 47.
Перепечатывается с разрешения редакции.