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楊元喜院士:左手測量 右手導航

http://www.4081052.live      發布日期:2014-03-28      中關村多媒體創意產業園      關注度:
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他利用自己發展的新的理論和算法,主動應用于“中國2000GPS大地控制網數據處理工程”,使我國大地坐標系精度步入國際先進行列。

夜空中閃耀的北斗星,為世人指明前行的方向。如今,中國的“北斗”導航衛星也閃耀在太空中,為中國乃至全球的用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務。

“北斗閃耀”的背后,離不開眾多為坐標系統和衛星定軌以及多種數據的處理分析的科學家,其中,中科院院士、1998年度“國家杰出青年基金”獲得者、著名大地測量學家和衛星導航定位專家楊元喜就是其中的杰出代表。日前,《中國科學報》記者對他進行了專訪。

從士兵到教授

1956年7月,楊元喜出生于江蘇省姜堰市梁徐鎮雙墩村。父親曾是一名殘廢軍人,他從小受到父親的熏陶,對軍隊充滿感情。由于母親體弱多病,在他上小學和中學期間,楊元喜與姐弟一起,利用假期和上學前后的空余時間到外面去挖豬草掙工分,幫父母分擔壓力。

在大姐楊龍英看來,弟弟楊元喜從小少言寡語,不好張揚,但很有志氣,有什么困難委屈從不對別人說,“總是一個人吞”。上學時,同齡的孩子都趁著課間玩耍打鬧,他總是一個人默默地看書,刻苦求學。

1974年,高中畢業的楊元喜回鄉務農,但此后未久,他應征入伍,隨部隊赴新疆參加高原測繪會戰。盡管投身軍伍,但他一直沒有放棄隨時隨地學習的習慣。

正是因為有這樣刻苦鉆研的精神,1977年,楊元喜考入鄭州測繪學院。1984年他又考上該校的碩士研究生,1987年留校當助教、講師。次年,楊元喜進入中科院測量與地球物理研究所攻讀博士學位。畢業后,他回到鄭州測繪學院,先后擔任副教授、教授。

我以前主要從事大地測量數據處理理論研究與教學工作!睏钤哺嬖V記者,在申報1998年“國家杰出青年基金”資助之前,他從自己的研究方向出發,確定申報課題為“自適應導航定位理論與應用”。這一課題的背景是,大多數動態載體都會出現不規則運動,而且不可能完全由動力學模型精確描述,且觀測也可能出現異常。有鑒于此,他構建了動態自適應Kalman濾波模型,該模型包容了標準Kalman濾波、抗差Kalman濾波、自適應濾波等,使得自適應抗差Kalman濾波具有自適應學習和自調節功能。

楊元喜的這一模型,能合理地調節動力學模型信息和觀測信息對動態狀態參數的貢獻。在自適應抗差濾波理論的基礎上,他還推導出了兩類最優自適因子,使得動態用戶不需要任何經驗即可使用該理論和算法進行高精度導航。

這一研究完成后,楊元喜的理論在我國三個部門合作實施的全國縣鄉道路修測工程中得到成功應用,完成全國134萬多公里的GNSS(全球衛星導航系統)道路修測。

學術成長的里程碑

楊元喜坦言,他在1998年獲得的“杰青”資助對他幫助甚大,“是我學術成長的重要里程碑”。

“首先,我是我們鄭州測繪學院第一個獲得‘杰青’基金資助的,十分高興和激動;其次,經過兩次失敗的答辯,知道獲得‘杰青’資助十分不易,必須付出艱辛的努力!睏钤脖硎,能夠獲此殊榮,表明自己的學術科研成績得到一定認可,有成就感,也有責任感,增強了自信心,“同時,‘杰青’基金資助對我個人的成長提供了重要支持,也為個人的學術成長注入了新的活力和動力”。

從最直接的影響來說,楊元喜從“杰青”申報課題“自適應導航定位理論與應用”衍生的成果“自適應導航定位理論與系統”,于2014年獲得省部級科技進步獎一等獎。

此外,他針對全球衛星導航觀測值之間往往存在相關性,而且相關觀測異常具有牽連效應,為此構建了“雙因子相關觀測抗差估計理論”,使得抗差估計有了較完整的解決方案。這一理論在多個國家大地測量工程中得到應用,嚴格控制了個觀測異常對模型參數估計的影響。其系列成果總結成“大地測量質量控制理論與系統”,并在2011年獲得省部級科技進步獎一等獎。

楊元喜認為,獲得“杰青”資助后,自己的科研方向也更有目標。他申報“杰青”項目的方向,一開始并沒有太多人關注,“只是自己發表了幾篇相關研究論文”。但等他獲得“杰青”資助并發表一系列的研究成果后,“自適應導航定位”的相關研究開始受到國內外學者的關注,從事該領域研究的青年學者突然增多,“可以說開辟了一個較新的研究領域,培養了許多該領域的研究生”。

如今,學術界已經初步形成了一個相對完整的理論體系。在“自適應導航定位”領域先后發表的學術論文超過百篇,且其應用領域已經超出大地測量與導航。

“杰青”應考慮學科平衡

“杰青”之后,楊元喜對科學的探索從未止步。他利用自己發展的新的理論和算法,主動應用于“中國2000GPS大地控制網數據處理工程”,為我國“2000國家大地坐標系建立”奠定了框架,使我國大地坐標系精度步入國際先進行列;并將抗差估計理論用于“全國天文大地網與空間網聯合平差工程”,使我國成為繼北美和西歐之后完成超大規模國家大地控制網的國家之一,并使得我國國家大地控制網統一到2000國家坐標系。成果獲得省部級科技進步獎一等獎和國家科技進步獎二等獎。

近年來,楊元喜開始將重點轉向“北斗”導航系統。這是我國自主自行研制的全球衛星導航系統(BDS),是繼美全球定位系統(GPS)和俄格羅納斯之后第三個成熟的衛星導航系統。

012年12月27日,北斗系統空間信號接口控制文件正式版1.0正式公布,北斗導航業務正式對亞太地區提供無源定位、導航、授時服務。在“北斗”升空的背后,楊元喜付出了很多努力。

一個國家必須有自己獨立的坐標系統。我們的衛星都在圍繞地球運行,要確定這個坐標系統,衛星導航是最最重要的手段之一。通過衛星地面站的連續觀測和相應的數據處理,我們就可以獲得相應地面點的坐標和地殼運動變化參數,這些具有高精度動態坐標參數的點構成的網絡,成為坐標框架。這些坐標框架是衛星導航系統的基礎,相應地,衛星導航定位也為坐標框架的實現提供手段!睏钤策@樣描述。

今年是“杰青”設立20周年,對此,楊元喜認為,“杰青”已經成為青年學者追求的重要目標,也逐漸成為一些單位評價青年學者成就的重要指標,激勵了一批青年學者的上進心和成就感。

對于“杰青”未來的發展,楊元喜也提出了自己的建議:“我認為,《中國科學》《科學通報》和本學科重要的國內刊物論文也應考慮在評價體系中,并引起適當重視。這是因為我們的許多青年學者為了追求國際SCI刊物論文,忽略了國內期刊論文的發表,導致大量論文外流,并導致國內刊物的國際影響力進展緩慢。此外,‘杰青’還要考慮學科的平衡,有的學科國際重要刊物較少,發表文章相對較難,而國內學科發展又快,所以,適當平衡學科‘杰青’分布,對學科全面發展有利!

“相信下一個10年乃至20年,‘杰青’將會取得更大的成就,讓更多的青年學人受益!睏钤舱f。

(來源:中國科學報)



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