高社生的导航人生

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  曾经,高社生一直在想,火车沿着铁轨运行,汽车沿着公路运行,那么飞机怎么飞行呢,难道空中真的有一条线存在?为什么让导弹打哪儿它就能准确地打哪儿呢?
  …………
  如今,高社生是西北工业大学自动化学院教授、博士生导师、IEEE高级会员、美国数学评论特邀评委、多家权威期刊编委。他早已明白,飞机的飞行、导弹的精准打击,都与导航、制导与控制技术密切相关,而这也成了令他痴迷的科研方向。
  “实在是太忙了!”采访中,高社生不断感叹。因为从事的是与国防建设、航空航天发展密切相关的导航、制导与控制研究,每年除年三十以外的时间,他几乎都在实验室度过,他的学生一周也只有一天休息。
  高强度的工作让他的颈椎、腰椎都出现了问题,但他无暇顾及。前不久,美国空天飞机再次试飞成功,这种既能航空又能航天的新型飞行器,最高时速3万公里,具有重要的军事价值。高社生对此十分关注,他说:“这就是我们与美国的差距,而在导航、制导与控制方面,这个差距最少有二三十年。”
  当下,高科技战争对飞行器提出了高精度、高可靠性、高自主性的要求,各国都在思考,怎样使导航、制导的精度更高、更准,高社生也在琢磨这个问题。近年来,他在惯性导航基础上,在国内首次提出了包含惯导、天文、合成孔径雷达在内的组合导航系统,并入选国家“863”课题,得到了诸多业内人士的认可。
  研究过程中,课题组设计了一种能够覆盖各导航子系统性能,且与单一模式兼容、具有实时性和可行性的SINS/CNS/SAR自主导航系统,建立了自主导航系统仿真实验测试平台,制定了系统性能指标及评价标准。除了技术方案先进,这一系统还具有自主性强、兼容性好、抗干扰能力强等优势,为解决飞行器导航定位的自主性问题奠定了技术基础。同时,高社生还建立了一套完整的能适应复杂环境的组合导航高精度、非线性滤波算法和数据实时处理的新方法。这套算法由6种算法构成,稳定性好、计算量小、数据处理实时性强,为提高飞行器自主导航的解算精度提供了新途径。
  组合导航涉及各种信息的综合运用,这就需要引入另一项技术—信息融合技术。这是随着雷达信息处理和指挥自动化系统的发展而形成的一项关于如何协同利用多源信息,以获得对同一事物或目标更客观、更本质认识的综合信息处理技术。用高社生的话来说,信息融合就是扬长避短,实现信息的最佳利用。他在国家自然科学基金支持下,以异类传感器信息融合为切入点,开展了多传感器信息融合与信息处理技术的研究,建立了异类传感器系统中信息获取、数学建模与融合的理论和方法,并发展了多传感器信息融合理论与技术。
  高社生还提出了一种新的适合于高精度自主导航多源异步信息融合的随机加权数据处理新方法。这种方法利用Sage滤波的开窗平滑方法求出观测残差向量和预测残差向量的协方差阵,利用随机加权自适应因子对观测残差和预测残差进行调节,通过对状态预报向量的协方差矩阵进行自适应随机加权,控制预测残差对导航精度的影响,能有效提高飞行器自主导航的解算精度。
  导航、制导与控制技术对国防建设至关重要。在伊拉克战争中,美国专家曾说,如果没有卫星制导,美国人连一枪都没法开。直到现在,卫星导航仍是常用的导航、制导技术。但其自身存在着信号易被遮挡、干扰等弊端,再加上科学技术水平越来越先进,各种反导、反卫星技术的不断涌现,对导航、制导技术也构成了威胁。针对我国的情况,高社生分析称:“GPS导航核心技术掌握在美国手中,我们的发展必会受其制约。而北斗导航系统目前还不是很健全,在山区、城市高楼密集区、地下室等区域,信号可能会受影响。所以,我们在思考有没有办法弥补这些缺陷。”
  课题组看好伪卫星。这是布设于地面上发射某种定位信号的发射器,通常发射类似GPS的信号。有资料表明,随着新的伪卫星概念的提出及其硬件技术的不断完善,伪卫星定位系统已在室内、地下、飞行导航等方面得到了应用,利用伪卫星和GPS组合进行定位也成为提高GPS定位精度的有效途径之一。作为导航定位领域新的研究热点,伪卫星得到了学术界的广泛重视,前景相当广阔。
  高社生举例说:“假如北斗导航系统中某颗卫星受到干扰,可以马上发射一颗伪卫星进行弥补和组合,就算导航完全失灵,也可在一定时间内利用伪卫星独立组网定位。”目前,课题组已经开展了相关研究,并提出了基于飞艇平台的伪卫星协同作业与信息共享算法、风场实时估计与航迹误差修正方法,为解决伪卫星自主导航定位的基本理论和关键基础性技术难题、提高伪卫星自身的定位精度,进而为提高用户最终的定位精度开辟了新途径。而课题组承担的一项与此相关的国防科工局民用航天预研“十二五”项目,也有望在年底结题。
  最近,高社生又开始琢磨将X射线脉冲星与北斗导航系统结合起来,进行组合导航研究。据了解,国内现在只有极少数科研机构研究X射线脉冲星导航,而将其与北斗导航进行结合的研究更是屈指可数。高社生希望能在此领域做出成绩,让导航、制导的精度更高,模式更丰富和完善。
  细数高社生的科研成就—出版学术专著3部,主持完成国家自然基金课题、“863”重大科研项目子课题、省部级自然基金课题40余个,发表专业论文130余篇,其中70余篇被SCI、EI和ISTP收录,荣获教育部自然科学奖二等奖、陕西省高等学校科学技术奖一等奖、第三届国防科技工业优秀图书奖和陕西省第十一届自然科学优秀论文二等奖等奖励。他直言,保持高产出率的秘诀在于“热爱专业的同时,积极申请科研项目,并保证项目完成的效率”。在导航、制导等关键领域,国外对我国一直采取技术封锁。高社生认为,赶超别人就要走自己的路。“可以借鉴别人的思路,却借鉴不了精髓,身为中国的科研人员,要有不服输的思想和积极攻关的精神,只要肯花时间和精力,没有登不上的高峰。”
  近年来,国家对导航、制导领域投入的力度不断加大,高社生感到十分欣慰,但面对越来越先进的飞行器,以及越来越高的反导要求,他思考更多的是如何提高导航、制导算法的快速性、实时性和精确性。同时,尽管专家预测美国空天飞机正式服役仍需5年左右,但他认为由此带来的高空高速飞行条件下的制导或导航问题,值得科研人员重视和思考。另一方面,反卫星技术越来越高明,各国都在思考对策,高社生认为伪卫星成本低、发射布局快速,能够灵活地布设在无人机、飞艇等装置上,是一项能够弥补卫星导航不足的重要技术,希望相关部门能够重视。
  现在的高社生早已不是当年那个满腹疑问的小男孩。多年来,他一直践行着“眼到、心到、脑到”的科研准则,带领学生不断冲击科学前沿,以扎实深厚的专业技能、认真负责的科研态度,解决了一个又一个导航、制导与控制领域的科研难题,为国家培养了一批又一批优秀的青年人才。他想向世人诠释,岁月可以改变他的容颜,却动摇不了他对导航、制导的痴迷与热爱。
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