國家技術發明獎“機械高精度位置姿態測量系統關鍵技術及應用”項目介紹

?　　編者按：2015年1月9日，2014年度國家科學技術獎勵大會舉行。由中國儀器儀表學會常務理事、北京航空航天大學房建成教授主持的“機械高精度位置姿態測量系統關鍵技術及應用”項目榮獲“2014年度國家技術發明獎”二等獎。今天我們就向大家介紹一下該項目的具體情況。

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　　項目名稱：機械高精度位置姿態測量系統關鍵技術及應用

　　完成單位：北京航空航天大學、中測新圖(北京)遙感技術有限公司、北京自動化控制設備研究所

　　主要完成人：房建成、宋凝芳、鐘麥英、李建利、李英成、尚克軍

　　項目簡介：

　　高分辨率航空遙感系統是國土精確測繪、自然災害與環境監測和軍事偵察等領域不可替代的高技術裝備，我國與歐美先進水平存在很大差距，其重要原因是缺乏用于高精度成像運動補償的位置姿態測量系統(POS)。由于飛機受氣流等擾動無法平穩勻速直線運動，導致合成孔徑雷達(SAR)、光譜儀、激光雷達、光學相機等載荷像質嚴重退化、甚至無法成像，只有采用POS精確測量運動誤差并進行補償，才能實現載荷的高分辨率成像。機載POS是采用高精度慣性測量裝置(IMU)自主測量載荷運動參數的組合系統，工作環境極為惡劣(-55~75°C)，且要求體積小、重量輕、長時間保持高精度，是國際公認的光機電集成尖端產品和技術難題，受國外嚴密封鎖，是制約我國高分辨率航空遙感技術跨越的瓶頸。

　　在國家杰青基金、973、863計劃、高分專項等支持下，突破了高性能光纖陀螺、IMU、POS、及集成應用多項關鍵技術，主要發明：

　　1.陀螺儀是IMU的核心敏感器件，針對小型光纖陀螺惡劣環境下的高精度難題，發明了光纖長度不變條件下快慢軸復用的光程倍增方法，發明了脫骨架光纖環繞制工藝和光纖陀螺特征參數自動檢測跟蹤及陀螺誤差補償技術，使高精度陀螺的精度從0.003°/h提高到0.0005°/h。研制成功小型高精度高穩定光纖陀螺。

　　2.針對IMU誤差高精度標定及小型化難題，發明了光纖陀螺IMU新結構及高精度現場標定方法，顯著提高標定精度;發明了二階動力學建模的激光陀螺IMU設計技術，比傳統IMU重量減小約50%，研制成功兩類小型高精度光學陀螺IMU。

　　3.發明了IMU/GPS(全球衛星定位系統)組合系統高精度快速對準與濾波方法，及高精度時間同步等POS系統集成技術，突破了高動態、強擾動條件下POS快速精確對準與組合濾波制約其精度的瓶頸，研制成功我國首臺高精度POS，航向/姿態精度0.002°/0.0025°，優于國際最高精度產品POS/AV610(0.005°/0.0025°)。

　　4.針對POS無法安裝在載荷相位中心進行運動參數精確測量的難題，發明了IMU、GPS天線與載荷間的多級/動態桿臂效應補償技術，及稀少(無)地面基準點航攝測量方法，顯著提高了載荷運動參數測量精度及成像分辨率和測圖精度。

　　授權國家發明專利61項，受理10項，軟件著作權27項;制定國家/行業標準8項;發表論文213篇(SCI 77、EI 163)。該成果填補了國內空白，經權威檢測與鑒定：POS綜合技術水平達到國際先進水平，姿態方位測量精度國際領先。

　　該成果為我國機載X波段干涉SAR成像高程精度從3m提高至0.27m，國際首次實現機載時空聯合調制干涉成像光譜儀集成POS成像0.64m@2800m等發揮了關鍵作用，首次實現了利用機載POS的1:500大比例尺無地面基準點測圖，支撐我國跨入國際先進行列。應用該成果首次測繪了釣魚島等無人海島(礁)，在雅安地震應急救災中第一時間獲取了震區拼接影像圖，有力支持了抗震救災，滿足國家重大需求。近三年新增產值3.9億元，利稅1.02億元，培育了中航捷銳光電技術有限公司，POS產品應用到中電14所、中科院電子所、西光所和長光所等19家單位，取得了重大社會和經濟效益。獲2013年教育部技術發明一等獎。

　　項目第一完成人簡介

　　房建成 男 漢族 49歲，山東臨沂人，中共黨員。北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院院長，長江學者特聘教授，國家杰出青年科學基金獲得者，973項目首席科學家，國家自然基金委創新群體帶頭人，“863”計劃導航定位技術主題專家組召集人。“慣性技術”國防科技重點實驗室主任和“中英空間科學與技術聯合實驗室”中方理事長。長期從事高精度磁懸浮慣性執行機構和捷聯慣性測量系統研究，曾獲國家技術發明一等獎、二等獎、科技進步二等獎各1項(均排名第1);2007年入選“百千萬人才國家級人選”;2008年獲何梁何利基金“科學與技術成就獎”;2009年獲首屆國防科技工業杰出人才獎。出版專著4部，發表論文300余篇，SCI收錄100余篇，授權國家發明專利100余項。