□ 陳利娟

專家簡(jiǎn)介：

謝良平，研究員，主要研究方向?yàn)楣饫w陀螺及慣性技術(shù)與應(yīng)用，現(xiàn)任航空618所光纖技術(shù)室主任，兼任中航捷銳（北京）光電技術(shù)有限公司副總經(jīng)理。擔(dān)任多個(gè)國家重點(diǎn)型號(hào)的主任設(shè)計(jì)師，主持或參與了包括裝備預(yù)研重點(diǎn)基金、國家重大儀器專項(xiàng)、民機(jī)專項(xiàng)等在內(nèi)的20余個(gè)項(xiàng)目；發(fā)表論文28篇（SCI收錄7篇、EI收錄11篇），被引233次（SCI153次、EI41次）；申請(qǐng)專利45項(xiàng)、授權(quán)19項(xiàng)；曾獲得北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，國防科技進(jìn)步獎(jiǎng)二、三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，航空工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二、三等獎(jiǎng)7項(xiàng)，榮立二等功、三等功各1次。

導(dǎo)航是把海、陸、空、天等運(yùn)動(dòng)載體，按照預(yù)先設(shè)定的路線，從始點(diǎn)引導(dǎo)至終點(diǎn)的過程。中華民族不乏智慧，先秦時(shí)期先民們發(fā)現(xiàn)磁鐵礦具有指向性，便據(jù)此發(fā)明了司南。這個(gè)外觀呈勺狀，靜止時(shí)勺柄指向南方，可以正方位、定方向的小物件，是最早、最簡(jiǎn)易的導(dǎo)航應(yīng)用雛形?！八灸现?，即陽氣之所在”，建立在陰陽五行學(xué)說基礎(chǔ)上的司南理論，雖充滿了“感性說”的局限，卻也折射出一個(gè)道理：對(duì)事物的認(rèn)知如果僅基于經(jīng)驗(yàn)積累而知其然，不探求其根本原因而不知其所以然，必將導(dǎo)致認(rèn)知的停滯不前。司南的發(fā)明便是如此，它雖推動(dòng)了航海業(yè)的大發(fā)展，并幫助人類認(rèn)識(shí)了世界、認(rèn)識(shí)了地球，但最終卻因認(rèn)知的滯后，逐漸被西方的新導(dǎo)航技術(shù)所超越。

技術(shù)發(fā)展到今天，慣性導(dǎo)航已成為惡劣環(huán)境下最有效的導(dǎo)航方式，但縱觀慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的共性關(guān)鍵技術(shù)——光纖陀螺技術(shù)的發(fā)展史，我國之前一直扮演的卻是追趕者的角色。究其原因，以往技術(shù)發(fā)展過分依賴經(jīng)驗(yàn)積累的研發(fā)模式正是造成此種局面的癥結(jié)所在。通過不斷實(shí)物試錯(cuò)來積累經(jīng)驗(yàn)，這種研發(fā)模式成本高、周期長(zhǎng)，為何成與敗都說不清楚，影響光纖陀螺產(chǎn)品性能指標(biāo)的要素多達(dá)幾百種，其重要性難以排序，解決問題時(shí)經(jīng)常本末倒置。謝良平敏銳地覺察到了這個(gè)問題的嚴(yán)重性，為盡快擺脫技術(shù)長(zhǎng)期被國外壟斷封鎖的窘境，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從頂層入手，在原總裝備部、科技部、北京市、航空工業(yè)集團(tuán)等的支持下，歷經(jīng)10多年的潛心研究，在項(xiàng)目“基于多物理場(chǎng)耦合誤差理論的光纖陀螺關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”中，圍繞國家重大型號(hào)工程的需求，通過深挖基礎(chǔ)理論并分析其在工程應(yīng)用中的局限和不足，在光纖陀螺誤差理論、高精度光纖陀螺技術(shù)及微小型光纖陀螺技術(shù)等方面取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果，極大地推動(dòng)了我國慣性傳感器技術(shù)、產(chǎn)業(yè)升級(jí)及相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。

由經(jīng)驗(yàn)積累到科學(xué)認(rèn)知

慣性導(dǎo)航作為一項(xiàng)國防和民用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，主要研究運(yùn)動(dòng)載體的位置、方向、軌跡、姿態(tài)的檢測(cè)、控制與決策，是衡量大國軍事核心力量的重要指標(biāo)之一。光纖陀螺作為新一代的慣性傳感器，是真正意義上的全固態(tài)陀螺儀表，具有精度覆蓋廣、可靠性高、全壽命周期費(fèi)效比低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在各精度等級(jí)應(yīng)用中都極具競(jìng)爭(zhēng)力，是慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的共性關(guān)鍵技術(shù)。

但光纖陀螺在國內(nèi)走向應(yīng)用的過程中卻遇到了幾個(gè)技術(shù)上的瓶頸問題：光纖陀螺的檢測(cè)精度接近相位檢測(cè)方法的極限，在多物理場(chǎng)耦合作用下其幾何與物理參數(shù)易發(fā)生變化且難以測(cè)量和控制，這導(dǎo)致了測(cè)量精度嚴(yán)重劣化，無法滿足高精度導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用的需求；另外，傳統(tǒng)光纖陀螺的設(shè)計(jì)和制造方法，一直無法突破直徑25mm的極限，不能滿足小體積精確制導(dǎo)武器的需求，這些問題使得高精度和微小型光纖陀螺的設(shè)計(jì)和制造等技術(shù)瓶頸難以克服，嚴(yán)重制約了國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的實(shí)用化過程。在技術(shù)長(zhǎng)期受到國外嚴(yán)密封鎖的情況下，針對(duì)瓶頸問題的獨(dú)立研發(fā)和自主創(chuàng)新對(duì)于我國國防和民生的重要意義不言而喻。

在項(xiàng)目“基于多物理場(chǎng)耦合誤差理論的光纖陀螺關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”的推進(jìn)過程中，結(jié)合對(duì)千余只光纖陀螺產(chǎn)品的數(shù)據(jù)梳理分析，通過總結(jié)提煉影響光纖陀螺性能指標(biāo)的光路、電路、結(jié)構(gòu)及材料等參數(shù)的定量體系，謝良平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建立了一整套數(shù)學(xué)物理模型及“數(shù)字”樣機(jī)，精確地對(duì)光纖陀螺的指標(biāo)體系進(jìn)行了設(shè)計(jì)仿真，實(shí)現(xiàn)了對(duì)指標(biāo)影響要素的定量分析，并通過對(duì)影響量級(jí)進(jìn)行嚴(yán)格排序，真正實(shí)現(xiàn)了解決問題的有的放矢。同時(shí)，通過在研制產(chǎn)品上不斷驗(yàn)證及修正，完善理論模型，提升其與工程產(chǎn)品性能指標(biāo)的符合度，經(jīng)過多年夜以繼日的艱苦奮斗，基于模型的光纖陀螺多物理場(chǎng)定量設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)研制成功，并推廣至所有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，極大地提高了產(chǎn)品的研制效率。

與團(tuán)隊(duì)成員一起討論光纖陀螺的技術(shù)問題

對(duì)光纖陀螺“數(shù)字”樣機(jī)的研制，更體現(xiàn)了項(xiàng)目研發(fā)中“現(xiàn)象—物理—數(shù)學(xué)”的知識(shí)凝練過程；而“實(shí)物”樣機(jī)中對(duì)“數(shù)字”樣機(jī)準(zhǔn)確性的驗(yàn)證和工程應(yīng)用，則體現(xiàn)了“數(shù)學(xué)—物理—工程”的應(yīng)用回歸過程，二者相互促進(jìn)、螺旋迭代上升，貫穿于光纖陀螺研發(fā)的全壽命周期。謝良平的研究從根本上提升了光纖陀螺的理論水平，縮小了與國際先進(jìn)水平的認(rèn)知差距，解決了光纖陀螺的研制周期和成本問題，以往過分依賴經(jīng)驗(yàn)積累的研發(fā)模式也正在被科學(xué)系統(tǒng)的認(rèn)知模式所取代。更為重要的是，這一系列的突破最終實(shí)現(xiàn)了我國在國際技術(shù)交流合作中從“學(xué)生”到“合作伙伴”的角色轉(zhuǎn)變。

大膽創(chuàng)新 突破瓶頸

“當(dāng)人們?cè)诤秸股媳桓鞣N運(yùn)動(dòng)載體在空中完成的一系列閃轉(zhuǎn)騰挪的復(fù)雜動(dòng)作吸引時(shí)，為飛機(jī)瞬間完成俯沖、抬升、掉頭等動(dòng)作而歡呼雀躍時(shí)，可曾想到，這些動(dòng)作能否精確順利完成在很大程度上其實(shí)取決于載體裝備的光纖陀螺的性能是否優(yōu)越。因?yàn)?，它的性能一旦出現(xiàn)問題，輕則任務(wù)失敗，重則機(jī)毀人亡。”談起光纖陀螺的重要性時(shí)，謝良平這樣說道。

為滿足飛機(jī)高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)的要求，光纖陀螺在任何環(huán)境中的零偏精度應(yīng)優(yōu)于0.007°/h（地球自轉(zhuǎn)速度為15°/h）、標(biāo)度因數(shù)精度應(yīng)小于10PPM（百萬分之十），因此機(jī)載慣導(dǎo)對(duì)光纖陀螺的工程性能要求非常高，而遺憾的是，國內(nèi)產(chǎn)品長(zhǎng)期以來一直無法滿足這樣的要求。究其原因，一是因?yàn)闇囟取⒄駝?dòng)、磁場(chǎng)等多物理場(chǎng)耦合作用下，光纖陀螺性能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重劣化；另一個(gè)原因則是飛機(jī)的飛控角速率傳感器對(duì)尺寸的要求很嚴(yán)格，傳統(tǒng)的光纖陀螺由于尺寸較大，許多需要小體積應(yīng)用的場(chǎng)合無法裝備，以上這些都成為困擾專業(yè)技術(shù)人員的瓶頸問題并一直存在著。

面對(duì)這些瓶頸問題，謝良平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)迎難而上，在“基于多物理場(chǎng)耦合誤差理論的光纖陀螺關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目的支持下，他們展開了10多年的持續(xù)攻關(guān)。

在高精度工程應(yīng)用性能提升方面，雖然20世紀(jì)美國科學(xué)家Shupe曾對(duì)光纖陀螺零偏溫度誤差進(jìn)行了研究，并提出了著名的Shupe理論，但由于Shupe未將光纖環(huán)材料的三維分布式參數(shù)及其微元之間的交互影響，以及溫度和機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)引起的光纖有效折射率、周向應(yīng)變等參數(shù)的變化因素考慮進(jìn)去，因此導(dǎo)致了理論預(yù)測(cè)與光纖陀螺的實(shí)際物理狀態(tài)不符、偏差較大，無法有效指導(dǎo)高精度光纖陀螺的工程設(shè)計(jì)。

針對(duì)Shupe理論存在的問題，謝良平大膽做出了將光纖環(huán)材料的三維分布式熱學(xué)和力學(xué)參數(shù)及其微元之間熱、力學(xué)交互影響的機(jī)制引入到Shupe理論體系中的嘗試。結(jié)合保偏光纖的彈光與熱光效應(yīng)原理，他研究了熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力對(duì)光纖環(huán)材料參數(shù)交互影響導(dǎo)致的光纖陀螺零偏誤差的機(jī)理，并由此創(chuàng)立了廣義的Shupe理論體系。其揭示出的熱力學(xué)耦合作用下光纖陀螺相位誤差的傳播規(guī)律，準(zhǔn)確地反映了多物理場(chǎng)作用下光纖陀螺內(nèi)部的物理狀態(tài)，在理論上指出了光纖陀螺零偏性能無法突破的原因，并提出了解決多物理場(chǎng)耦合下性能劣化的工藝措施——提升光纖環(huán)的“對(duì)稱性”。之后，在這一系列研究的基礎(chǔ)上，他又帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步梳理了光纖環(huán)的材料體系，并聯(lián)合器件廠家研制出了特種光纖，突破了多極對(duì)稱繞制及對(duì)稱性評(píng)價(jià)體系建立等多項(xiàng)技術(shù)難題。目前，光纖陀螺變溫和振動(dòng)零偏性能已優(yōu)于0.005°/h（1oC/min），并在“十二五”末總裝慣性技術(shù)聯(lián)合測(cè)評(píng)中，創(chuàng)造了0.0036°/h的國內(nèi)最高水平。

除精度問題外，由光源平均波長(zhǎng)和光纖環(huán)幾何尺寸溫度漂移引起的光纖陀螺標(biāo)度因數(shù)誤差是另一個(gè)大問題。為抑制誤差，傳統(tǒng)的做法是溫度補(bǔ)償，但補(bǔ)償精度低和長(zhǎng)期穩(wěn)定性差的缺陷，卻成為光纖陀螺發(fā)展的最大軟肋，謝良平敏銳地認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)，并積極開展了技術(shù)攻關(guān)。

影響光源平均波長(zhǎng)穩(wěn)定性的參數(shù)有很多，如泵源溫度、中心波長(zhǎng)、偏振度、摻鉺光纖溫度，還有光路背向散射、反射光信號(hào)導(dǎo)致的激射等。針對(duì)以上參數(shù)，謝良平通過器件溫敏系數(shù)匹配、微光學(xué)器件集成、光譜濾波、尾纖盤繞工藝優(yōu)化等措施，大幅提升了光源平均波長(zhǎng)的穩(wěn)定性，將全溫波長(zhǎng)變化控制到了2PPM的水平。

指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)

在光纖環(huán)尺寸穩(wěn)定性方面，謝良平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從光纖環(huán)幾何尺寸、材料參數(shù)的設(shè)計(jì)入手，降低了光纖環(huán)尺寸溫度的敏感性，進(jìn)一步建立了創(chuàng)新的閉環(huán)控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖環(huán)長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)跟蹤與控制，極大地提高了全溫度條件下光纖環(huán)的尺寸穩(wěn)定性。他們研制的光纖陀螺全溫標(biāo)度因數(shù)性能在不補(bǔ)償?shù)那闆r下能夠達(dá)到20PPM，補(bǔ)償后優(yōu)于5PPM，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，成為在各應(yīng)用領(lǐng)域真正能夠抗衡激光陀螺的利器。謝良平的研究在零偏和標(biāo)度因數(shù)性能上實(shí)現(xiàn)了突破，解決了多物理場(chǎng)作用下光纖陀螺性能劣化的瓶頸問題，滿足了國家高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)的重大需求。

在小型化陀螺研制方面，他們也不遺余力地開展了一系列科研攻關(guān)。通過不懈努力，他們創(chuàng)立了一套超細(xì)徑光纖無熔點(diǎn)微小型光纖陀螺設(shè)計(jì)與制造方法，攻克了850nm SLD光源、40 μ m超細(xì)徑保偏光纖及耦合器、晶體包裹性光纖偏振器等器件制造技術(shù)的難關(guān)，突破了SLD光源、探測(cè)器等芯片與超細(xì)徑光纖偏振對(duì)軸耦合封裝工藝以及相關(guān)裝備技術(shù)瓶頸，在國內(nèi)率先建立了850nm、40μm光纖陀螺光路技術(shù)體系，解決了小型化瓶頸問題，突破了傳統(tǒng)方法直徑25mm的極限，創(chuàng)制出了世界最小體積的微小型光纖陀螺產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，滿足了小體積制導(dǎo)武器的急需，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)空白，而且達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

解國家急需 社會(huì)影響廣泛

近年來，基于項(xiàng)目成果已發(fā)表論文36篇（5篇SCI、14篇EI）；申請(qǐng)發(fā)明專利55件、授權(quán)29件，獲17件實(shí)用新型專利授權(quán)；形成了國軍標(biāo)1項(xiàng)，航空標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)20余項(xiàng)；獲得省部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)8項(xiàng)，并隨主機(jī)獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，還獲得了首屆中國軍民融合兩用技術(shù)創(chuàng)新大賽銅獎(jiǎng)；并得到中央電視臺(tái)、《科技日?qǐng)?bào)》、光明網(wǎng)等主流媒體的多次報(bào)道，產(chǎn)生了廣泛的社會(huì)影響，極大地促進(jìn)了我國慣性傳感器、配套光學(xué)器件的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，并推動(dòng)了相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。

他們研發(fā)的微小型和高精度3類10余個(gè)系列光纖陀螺產(chǎn)品，已批量裝備于國內(nèi)航空、導(dǎo)彈、陸用、船舶、航天等軍工領(lǐng)域，還應(yīng)用于民機(jī)、物流無人機(jī)、高鐵、石油、煤炭等民用領(lǐng)域，在機(jī)載飛控角速率傳感器、航姿、慣導(dǎo)系統(tǒng)、空空導(dǎo)彈等多個(gè)領(lǐng)域填補(bǔ)了國內(nèi)空白，這標(biāo)志著我國高精度和微小型光纖陀螺技術(shù)獲得了重大突破，整體技術(shù)指標(biāo)國內(nèi)領(lǐng)先，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

截至目前，取得的創(chuàng)新成果在規(guī)模化應(yīng)用后，累計(jì)生產(chǎn)銷售光纖陀螺15000余套，實(shí)現(xiàn)銷售收入超過11億元（近3年5.54億元），間接經(jīng)濟(jì)效益約30億元，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著，滿足了國家高精度慣性導(dǎo)航和小體積精確制導(dǎo)的急需，提升了我國的國防能力和科技水平。

集聚團(tuán)隊(duì)力量 向新方向拓展

作為項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人,謝良平從2007年立項(xiàng)伊始就擔(dān)負(fù)起項(xiàng)目總體方案設(shè)計(jì)、技術(shù)攻關(guān)和項(xiàng)目管理等工作，并陸續(xù)聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)研究的優(yōu)勢(shì)單位和科研人員進(jìn)行協(xié)同攻關(guān)。其中陳平、魏飛、曹陽、崔志超、羅瑞、梁霄、張斌、黃釗、谷林、萬洵、孔軍、馬海全、王剛、周原、寇亮亮、丁闊、宮曉宇、陳琳、趙磊、衛(wèi)煬、趙海軍、張佳全、劉延等人與謝良平在一個(gè)課題組，他們共同參與完成了光纖陀螺多物理場(chǎng)耦合誤差理論、高精度光纖陀螺技術(shù)、微小型光纖陀螺技術(shù)的研究工作。除此之外，團(tuán)隊(duì)中的其他成員也分別為項(xiàng)目的順利推進(jìn)做出了相應(yīng)貢獻(xiàn)，榮偉彬負(fù)責(zé)了光纖陀螺配套的超細(xì)徑保偏光纖耦合器、偏振器技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的研制工作，唐祖榮負(fù)責(zé)了光纖陀螺配套的寬溫?zé)o致冷SLD光源芯片技術(shù)的研發(fā)工作，隋寧菠負(fù)責(zé)了光纖陀螺配套的超細(xì)徑保偏光纖研制工作。

團(tuán)隊(duì)合影

謝良平告訴記者，項(xiàng)目能順利推進(jìn)，并取得一系列豐碩成果，離不開團(tuán)隊(duì)中每個(gè)成員做出的努力，更離不開各主要完成單位的支持。作為項(xiàng)目的第一完成單位，中航捷銳（北京）光電技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)了項(xiàng)目成果中產(chǎn)品研發(fā)、總裝集成、生產(chǎn)組織與產(chǎn)業(yè)化的推廣等工作，由它支持創(chuàng)立了高精度光纖陀螺光纖環(huán)材料匹配設(shè)計(jì)方法，攻克了光纖陀螺故障檢測(cè)技術(shù)、多極正交精密繞制與極低波長(zhǎng)漂移摻鉺光纖光源制造工藝技術(shù)中的瓶頸，在航空、航海、兵器、航天等國防與民用領(lǐng)域推廣應(yīng)用后，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

中國航空工業(yè)第618研究所，作為第二完成單位，負(fù)責(zé)了項(xiàng)目成果中的理論研究與工程化技術(shù)研制，并支持創(chuàng)立了光纖陀螺熱、力、磁多物理場(chǎng)耦合誤差理論體系，建立了光纖陀螺消偏光路系統(tǒng)及“波長(zhǎng)”和“腔長(zhǎng)”控制系統(tǒng)新設(shè)計(jì)方法，攻克了微小型光纖陀螺設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等，推動(dòng)了光纖陀螺技術(shù)升級(jí)，為項(xiàng)目的整體推進(jìn)做出了突出的貢獻(xiàn)。此外哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所、北京一輕研究院作為主要完成單位，也為項(xiàng)目的順利完成貢獻(xiàn)了重要的力量。

謝良平告訴記者，目前，包括航空工業(yè)在內(nèi)的中央企業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)的“頂梁柱”，在許多方面，具有天然的軍民融合屬性，在基礎(chǔ)設(shè)施、交通運(yùn)輸、信息通信、機(jī)械加工、軍事工業(yè)、食品、醫(yī)藥、海洋工程等諸多重要行業(yè)，都可以亦軍亦民，而且都處于領(lǐng)軍地位。自軍民融合戰(zhàn)略提出以來，作為航空618所光纖技術(shù)室的主任，謝良平見證了618所在“軍轉(zhuǎn)民”方向上的持續(xù)發(fā)力，也見證了軍民融合戰(zhàn)略為軍民雙方所帶來的重大利好。2017年10月26日，全球首款大型貨運(yùn)無人機(jī)AT-200首飛成功，無人機(jī)里的整套飛行導(dǎo)航系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的解決方案，全部由618所提供，憑借成本低、易保養(yǎng)、大載荷等特點(diǎn)，未來它將在物流領(lǐng)域大有作為。

中航捷銳（北京）光電技術(shù)有限公司成立后，作為公司的副總經(jīng)理，謝良平將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)在軍用技術(shù)的國計(jì)民生應(yīng)用上發(fā)揮創(chuàng)造力，讓“中國制造”在世界舞臺(tái)更上一層樓，為改變?nèi)藗兊纳罘绞嚼^續(xù)貢獻(xiàn)力量。