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创新测量技术 研发导航仪器——东南大学陈熙源教授

2018-04-27

东南大学陈熙源教授长期从事惯性导航、组合导航定位、惯性组合测量技术和光纤传感领域的研究,其研究方向包括GPS/GALILEO软件接收机,GPS、GALILEO、北斗、INS、无线等多源组合导航系统集成和组合算法、多传感器信息融合技术,导航(组合导航、惯性导航)非线性滤波算法、惯性器件误差建模理论及应用,静动态变形惯性精密测量技术,GPS辅助光纤布拉格光栅传感器对大型结构健康诊断的理论和方法,光纤光栅传感器性能、多物理量解耦及其在变形测量技术中的应用理论和方法等,并取得了诸多成果,成果在船舶、车辆、飞机等多种运动载体上得到广泛应用。

一、捷联惯性测量传感器的建模理论和标定方法研究

针对捷联惯性测量器件误差精确建模与补偿的难题,揭示了捷联惯性测量传感器的误差形成机理,对光纤陀螺惯性器件在恒定温度、温度变化等情况下的误差进行了系统深入的建模分析,提出了基于提升小波重构的前向线性预测降噪方法(LWT-FLP),建立了光纤陀螺漂移Elman神经网络模型,提出了光纤陀螺标度系数的双曲线拟合方法,解决了光纤陀螺恶劣环境下的温度漂移误差建模、标定和补偿难题。

光纤陀螺在温度变化很大环境下的建模和标定技术具有创新性和很大价值,陈熙源教授所提出的新颖的光纤陀螺标度系数双曲线拟合方法和自适应前向线性预测降噪算法及光纤陀螺温度漂移补偿模型这一系统性的工作具有开拓性贡献和突破性进展,拓宽了光纤陀螺在恶劣环境下的应用范围,改善了光纤陀螺在深空应用的性能。

二、捷联惯性姿态测量优化方法研究

针对捷联惯性测量系统在动态变形测量应用中的高精度要求,分析了以角增量形式为输入信号的典型锥运动子样数圆锥优化算法的适用性和误差机理,提出了基于频域分析方法的对偶四元数捷联惯导方法和增强的角速率输入圆锥优化算法,针对传统的时域捷联惯导算法对载体角速度和比力进行多项式拟合导致不能充分补偿载体运动各种误差的问题,运用频域分析方法对惯导器件输出的增量信号和解算过程中得到的信息进行光滑延拓以及离散傅立叶变换,并利用频域内实现的对偶四元数捷联惯导算法对变换得到的频谱信号进行解算,充分利用了惯导器件输出信号各个频段的信息,使得系统的姿态测量精度在高过载冲击、振动环境下得到显著提高,比传统的单四元数算法测量精度提高了56倍,为提高武器精确打击能力作出了基本保证。

三、捷联惯性/卫星组合测量和滤波方法研究

系统研究了大型舰船及机载环境不同工况下动态变形的捷联惯性/卫星组合测量理论与方法,发展和完善了捷联惯性/卫星组合测量理论体系。针对大型挠性件动态变形过程中的非线性和非高斯噪声问题,融合了GPS和惯性测量变形的优点,避免了单独测量时的不足,建立了捷联惯性/卫星组合测量非线性模型,提出了适应振动条件下的扩展卡尔曼粒子滤波(EKPF)和遗传粒子滤波(GPF)技术,设计了GPS三天线变形测量的方法,揭示了GPS测量多径抑制机理,提出了相应的误差消除方法,显著提高了测量精度和可靠性。在计算量相当的情况下,提出的GPF技术测量精度与常用的卡尔曼滤波(KF)相比,精度提高近4倍。

四、捷联惯性/卫星超深组合定位研究

为有效实现城市交通的车载无缝定位,针对GPS失锁状态,提出了新型的强跟踪卡尔曼滤波器和小波神经网络组合定位方法。针对惯性/卫星在导航与定位应用中的不同需求,提出了多源组合导航装置和方法以及基于扩展卡尔曼滤波的惯性/卫星超深组合导航方法,显著提高了车载导航精度和实时性。发明了一种车载基于GPS软件接收机的智能超紧组合导航和定位方法,该方法采用软件GPS(全球卫星定位系统)接收机/低成本MINS(微惯性导航系统)的超紧密组合模式,进行智能导航工作模式切换、多源系统自适应匹配、滤波和智能导航定位,从而在高动态环境和微弱卫星信号环境下,都能充分利用子系统获取信息,并应用智能动态分配主系统、辅助系统及其组合方式,对误差进行实时校正和补偿。

五、捷联惯性/卫星组合室内定位基础研究

针对室内环境提出了基于支持矢量机和H无穷滤波的组合导航方法和基于速度观测信息的捷联惯性导航系统随机误差实时补偿方法,建立了无偏紧组合模型,揭示了滤波周期、平滑窗口对定位精度的影响机理,解决了提高惯性/卫星/无线等多源组合导航系统精度和可靠性的瓶颈问题,将陀螺仪表的误差降低了一个数量级,同时大大降低了成本、体积和重量,满足了室内机器人导航和定位的要求。

专家简介

陈熙源,东南大学教授(二级),博士生导师,东南大学首届青年教师教学科研资助计划获得者,入选“新世纪优秀人才支持计划”、江苏省“青蓝工程”培养对象、江苏省六大人才高峰培养对象(A类)。IEEE高级会员,江苏省仪器仪表学会秘书长,中国造船工程学会船舶仪器仪表学术委员会副理事长,中国海洋工程咨询协会理事,中国造船工程学会理事,江苏省第九届科协委员会委员,江苏省重大基础设施安全保障协同创新中心先进仪器与设备方向首席科学家等。

先后主持了2项国家自然科学基金、2个国家973计划子(专)课题、1项国家公益性海洋专项基金以及2项总装备部预研基金、高等学校博士学科点专项科研基金(博导类)、航空科学基金、船舶国防项目、江苏省重大成果转化基金、江苏省自然科学基金、军工横向项目、新世纪优秀人才支持计划基金、江苏省六大人才高峰基金(A类)、江苏省青蓝工程优秀青年骨干教师基金等各类课题20多项。发表论文160余篇,其中SCI收录52篇,EI收录140多篇,ISTP收录30多篇,主编SPIE国际会议(7th ICEIE)论文集,曾获高等学校科研优秀成果奖技术发明二等奖、第十九届中国专利优秀奖、江苏省专利优秀奖、中国产学研合作创新奖、国际日内瓦发明专利铜奖各1项。