默默耕耘在陀螺與慣性導航系統研究領域

2020-12-14 中國網科學頻道

 ----記北京航空航天大學自動化與電氣工程學院範耀祖教授

生命的輝煌,在於激情的勃發、在於希望的迫求。當許多人士追求科學,探索科學、獻身科學時,他們的生命也因此變得更加精彩。

在料學界,就有這樣一位意志風發的老教授。他,就是北京航空航天大學自動化與電氣工程學院範耀祖。在探索科研、奉獻科研的道路上,範耀祖和他的研究團隊推動了陀螺與慣性導航系統的發展.為我國的航天、航空事業做出了貢獻。

知識淵博 攻關課題

1936年出生於江蘇省常熟市的範耀祖.1953年考入北京航空學院飛機設備系,畢業後留校任教。他主要從事陀螺與慣性導航系統研究。憑著淵博的專業知識,1983年.他被聘為副教授,1991年,他晉升為教授。一年後,他又被批誰為博士生導師。

範耀祖1960年曾在前蘇聯列寧格勒精密機械學院進修,對慣性導航平臺的理論和設計頗有研究。20世紀90午代,他作為高級訪問學者,就職於前蘇聯莫斯科航空學院,研究智能導航系統。在北航任職自動控制系慣性導航教研室主任期間,他主要從事陀螺儀理論與製造,慣性導航系統,組合導航系統等領域的研究,他的團隊並培養出100多名碩士、20多名博士,博士後。

1958年,範耀祖參加了我國第一架無人機的研製。後來,在林士鄂教授的主持下參與研製出我國第一臺液浮陀螺儀樣機、動調陀螺儀及其後繼產品的研製。他曾在20世紀60年代參與了我國精密陀螺儀研究室建設,並多次參加陀螺、慣性導航以及智能交通系統及自動控制系統的國際會議。

此外.他還參加了北京市建國50周年獻禮重點工程,並先後攻關完成了國家"973""863」計劃及國防科委等科技課題。

科學研究 創新先行

範耀祖經過多年的科學研究,在慣性導航系統元件及組合、控制理論等方面取得了一定的成果,為祖國的航空事業做出了貢獻。

在慣性導航系統元件及組合方面,範耀祖的成就主要表現在動力調諧陀螺儀的研製上。動力調諧陀螺儀作為慣性導航系統的關鍵部件,很大程度上決定了系統質量的可靠性。在林士鄂教授的主持研製下,研製取得了成功,獲得了航空工業總公司科技進步二等獎。

編輯出版的「動力調諧陀螺儀」一書己作為教材,並為國內同行廣泛應用。

慣性組合導航系統(INS)在國防上具有重大的作用,它是自主式的導航系統。作為目前航海、航空、航天等系統中的主要裝置,它還在潛艇導航系統中起著不可估量的作用。慣性導航與衛星導航的密切結合,提高了系統的精度和可靠性,降低了成本。

INS在民用領域中應用也是他們重視的方向。在智能交通系統(ITS)方面,為了解決交通堵塞、交通事故的頻發,在範耀祖參與主持下,智能車載終端系統得以成功研製。智能交通指揮車不僅提高了公交系統的調度效率,而且減少了交通堵塞現象的發生。

此外,範耀祖、高鵬還參與主持了新型汽車導航定位系統的設計。這種汽車導航定位系統包含了慣性組件、全球定位系統、地圖匹配等。該設計獲得了中國首屆智能交通系統設計大賽三等獎。

範耀祖還參與主待了LAS-CDMA技術的應用。該技術應用於ITS中的定位與通訊。當車載系統在全球定位系統失效時,就可以採用LAS- CDMA基站和地面移動車輛對車輛進行定位。在通信中,該項技術也具有明顯的作用。陳哲教授與範耀祖共同研究的「多餘度陀螺羅經測井系統」獲得航空工業總公司科學技術進步三等獎。

這些科研成果的研製,需要有一定的創新精神。為此,範耀祖在開展學術講座時,就通過慣性導航使用的技術、原理等方面分析了創新在科研中的重要性,鼓勵創新,活躍思維。在進行科研時,他更是注重創新,為了發揮團隊中每一個成員的才能,他積極提倡創新,使得每一個重大項目都能按照預期完成。

精準團隊 成果顯著

範耀祖的研究團隊著重於對國家973,863,國家自然科學基金、國防重點預研等項目進行研究開發,他的研究團隊有教授、博士生導師3名,2名副教授,l名講師,20多名博士後,博士生以及100多名碩士生。這一支隊伍為範耀祖團隊進行科研創造了有利的條件。

範耀祖帶領的科研團隊,主要針對慣性導航系統及元件的研製及INS在智能交通系統(ITS)、LAS-CDMA和在石油勘測中等領域中的應用。為了克服系統時間增長導航精度逐漸下降的缺點範耀祖帶領團隊進行了慣性,衛星,天文,視覺等組合導航系統的研究。

在科研過程中,每個團隊成員各顯其能,充分發揮自己的天賦,為完成各項科研任務盡心盡職。

如張海副教授在對卡爾曼濾波深人分析的基礎上,提出了新型的測量噪聲統計特性估計方法顯著地提高了濾波穩定性與濾波精度。

針對視覺慣性組合導航系統設計需求,創新性地提出基於灰度梯度方向一致性的邊緣檢測及其新型特徵提取方法、匹配精度與效率優於景像區配。在視覺航向,姿態估計方面取得原創性成果。針對運動體導航需求,在慣性系統無依託標定、少可見衛星/慣性組合導航、低成本組合導航系統方面,提出了新的數學方法,克服了若干實際應用中的技術障礙,有效地堤高了系統性能,成果均已應用於實際系統。

他採用公交信號優先控制、車載電子系統綜合化等技術成果己應用在北京市南中軸線等多條快速公交線路中。他完成樣機及產品設計20餘項,發表學術論文50餘篇。

富立教授在微小型機器人控制與設計多傳感器信息融合、低成本捷聯航姿系統、微型旋翼無人機設計,不確定非線性穩定性及主動振動控制研究方面取得系列成果,主持研製的自主式微型捷聯航姿系統顯著提高了飛機複雜振動環境下系統的估計精度,已在我國自行研製的多種型號飛機上成功應用,並獲得國防科技進步二等獎。她獲得發明專利13項,發表學術論文80餘篇。

沈曉蓉博士後先後參加國家級及部級科研項目,包括973和863及國防基礎予研基金項目。重點研究多元導航和視覺導航系統的精度提高,她還研究運動體從一個初始位置出發,依靠攜帶的傳感器感知環境特徵,遞增地建立導航地圖即MAV-SLAM定位方法,利用已建立的地圖來同步更新自身的位置,從而實現自主定位。採用分型差分法證明了雷射陀螺儀隨機噪聲中具有非高斯特性的Alpha的穩定分布,為進一步提高陀螺儀精度提供了理論依據。 她先後發表論文20餘篇,參與編著專著「系統辨識」 。

張飛舟博士採用遺傳算法和雲模型理論,以及模糊邏輯對公交車輛智能調度進行分析,從而對公交車輛管理與時間提出了具有使用價值的理論分析。

徐超博士後從下視圖像分析為無基準信息,探索了無人機自主導航新途徑,針對強幹擾衛星異常等典型武器應用環境,開展了多種信息輔助研究,取得了一系列具有國內先進水平的成果,通過降低光纖系統殘留標定誤差,大幅度提高了組合導航系統的精度。他的成果已應用於某型號飛彈系統。

疲勞駕駛監測是駕駛員主動安全防範的重要舉措,王力博士後運用雙目視頻攝像頭,分別對車輛駕駛軌跡相對車道線的變化和駕駛員閉眼時間比例進行檢測,並基於BRF神經網絡模型對疲勞駕駛檢測樣本進行訓練和識別,在實驗室環境下驗證了該非接觸式疲勞駕駛檢測方法的有效性。

孫先仿教授採用的集園理論,在提高INS的魯棒性及辨識快速性方面起很大作用。所發表的學術論文受到國內外學者的重視.

王豔東副教授在慣性導航系統建模及誤差補償、慣導系統初始對準、衛星導航軟體接收的研究與實現,以及INS/GPS/天文雷達組合導航等理論研究上作了大量分析工作。她以上述各種組合導航系統為對象研究:KaLman濾波,非線性濾波、自適應濾波及魯棒性濾波等各種濾波算法對系統故障診斷進行研究,因而有效提高系統精度和可靠性,也為採用低精度慣性元件陀螺、加速度計組成低成本慣導系統打下了基礎。她在衛星導航系統接收機的研究方面實現了高動態時中頻信號的準確解算和可見星的有效判斷與定位解算。在靜基座快速對準及飛行中自對準,艦載機傳遞對準及飛行中傳遞對準部分成果已經得到了應用。

燦如明珠 榮譽斐然

在多年的科研經歷中,範耀祖曾經擔任中國慣性技術協會常務理事、國家ITS專家組成員、國家ITS框架研究專家組成員,「單片機與嵌人式系統應用」雜誌編委等職。目前,範耀祖在北航自動化科學與電氣工程學院工作,兼任北京首科集團一北航智能交通系統(ITS)研究中心副主任、「ITS叢書」主編、「海陸空慣性技術」雜誌編委,河南理工大學兼職教授,深圳清華大學研究院顧問等職。

自20世紀80年代以來,範耀祖發表了《動力調諧陀螺病態數據處理》、《飛行員助手系統》等80餘篇論文,先後參與出版了《智能儀表》、《動力調諧陀螺儀》、《慣性導航系統》、《車輛定位導航系統》、《交通控制工程》等專著。他長期從事慣性導航/全球定位組合導航系統研究和智能交通運輸系統的研究主持各類基金10多項。獲得航空部科技進步二、三等獎,科技部智能交通設計大賽三等獎。

範耀祖深知科研事業的博大精深。為了祖國科研事業的發展,他甘願付出自己畢生的精力為我國現代化科技做出自己鍥而不捨的努力。

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