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精密仪器与量子传感技术研究所

日期:2012-06-26 浏览量:

精密仪器与量子传感技术研究所前身可追溯到1956国家为了满足两弹一星的制导急需由钱学森先生提议我国惯性技术奠基人之一的林士谔先生在北航创建陀螺惯导研究室2011年成立以来以房建成院士刘刚教授为学科带头人的研究团队始终把围绕国家重大需求瞄准关键技术瓶颈打破封锁自主创新坚持不懈十年一剑作为传统文化代代相传围绕载人航天工程高分辨率对地观测系统武器系统精确制导等国家重大需求长期合作共同攻关近十年来主持了以国家“973”计划、“863”计划国家自然科学基金委国家重大科研仪器设备研制为代表的几十项国家级重要科研项目在航天器姿态控制惯性执行机构高性能惯性导航与组合导航量子传感与量子科学仪器等领域的基础理论与关键技术方面开展了一系列自主创新研究工作取得了一系列具有国际先进水平的创新性研究成果并已在我国卫星高精度长寿命姿态控制高分辨率对地观测等领域获得重大应用并获得包括国家技术发明一等奖1项和二等奖2国家科学技术进步一等奖1项和二等奖1项在内的十余项国家级和省部级科技奖励在国内外产生重大影响推动了我国先进惯性仪表与系统技术的跨越式发展同时面向量子科学前沿的重大科学需求在原子磁场与惯性测量领域取得重大突破部分成果已处于国际先进水平

该所建有新型惯性仪表与系统技术教育部长江学者创新团队、“先进惯性仪表与系统国防科技创新团队在此基础上,2011年又获批导航制导与传感先进惯性仪表及系统技术国家自然科学基金委创新研究群体目前我国惯性技术领域唯一的惯性技术国家级重点实验室、“新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室以及教育部中英空间科学与技术国际合作联合实验室均依托该所组建

精密仪器与量子传感技术研究所紧密结合北航的--融合特色一方面瞄准航空航天领域的国家重大需求研制光机电一体化空间探测载荷小卫星空间站深空探测器等各类航天器用导航仪表控制仪器以及组合导航和控制系统航空器用位置姿态测量系统空间精细操作装置等精密仪器同时面向国民经济主战场研制高速高能量密度电机地面车辆用导航与控制系统无人飞机导航及自动驾驶仪等精密仪表与系统另一方面瞄准国际学术和学科前沿开展量子传感理论方法与技术研究研发基于原子自旋效应的超高灵敏磁场惯性测量和基于结构限域介质的超高灵敏惯性测量的三类实验研究装置并基于实验研究装置所取得的理论研究成果研制超高精度SERF原子自旋陀螺仪、SERF原子磁强计核磁共振原子自旋陀螺仪以及冷原子干涉陀螺仪等量子传感仪器实现光机电仪表到量子仪表的跨越式发展

国家级基地和创新团队的建设为培养人才吸引人才稳定和壮大专职研究队伍提供了强有力的保障现包括中国科学院院士1长江学者特聘教授2千人计划教授1、“青年千人计划教授3国家杰出青年基金获得者1国家优秀青年基金获得者4中国青年科技奖获得者1名等专职研究队伍目前已毕业的研究生中获全国百篇优博者1获全国百篇优博提名者1另外国家奖获得者6获北航研究生十佳”(博士生)6此外国际合作实验室的建设也为所内研究生到国外深造创造了便利条件目前已有20余名研究生有国外联合培养或攻读博士后的经历有力促进了创新型人才的培养和交叉科学原始创新能力的提升逐步形成了基础研究-工程技术-行业应用三位一体的人才培养模式,200956日时任习近平副主席视察实验室对创新研究和人才培养模式给予了高度评价和鼓励

主要研究方向包括

(1)先进惯性仪表与系统技术

子方向一高精度位置姿态测量系统(POS)技术

围绕我国"高分辨率对地观测系统"重大科技专项亟需依托惯性技术国防科技重点实验室和重点学科实验室于上世纪90年代在国内率先开展了机载高精度位置姿态测量系统(POS)技术研究在国家杰青基金、973、863计划高分专项等项目支持下突破了惯性测量及组合测量装置高精度误差标定快速精确对准及组合滤波等多项关键技术主持研制成功国内首台机载高精度POS,综合技术水平达到国际先进水平姿态方位测量精度国际领先填补了国内空白研制的POS系统已应用到中电14中科院电子所西光所等近20家单位为国产机载干涉SAR分辨率提高一个数量级国际首次实现机载时空联合调制干涉成像光谱仪运动成像等发挥了关键作用取得了重大社会和经济效益先后获2007年度国家科技进步二等奖和2014年度国家技术发明二等奖

子方向二原子陀螺仪技术

陀螺仪作为惯性导航系统的核心敏感器决定了惯性导航系统的总体性能基于量子理论的原子陀螺仪具有同体积下超高灵敏同精度下超小体积的潜力优势成为目前该领域的国际前沿热点此类陀螺仪也被称为区别于机电式陀螺仪光电式陀螺仪的第三类陀螺仪原子陀螺仪根据原子状态可分为超高精度的冷原子陀螺仪与中高精度的热原子陀螺仪其中热原子陀螺仪根据惯性测量机理可分为高精度的无自旋交换弛豫(SERF)原子陀螺仪与中精度微小体积的核磁共振陀螺仪上述原子陀螺仪相应研究在本研究所中均有涉及并均已达到国内领先国际先进水平在国内外均具有极高的影响力

(2)量子精密测量技术及应用

子方向一量子精密测量技术

极弱磁测量在基础物理学医学影像学国防建设以及国民经济建设等领域具有重要作用极弱磁测量传感器已经从基于电磁感应的磁通门磁强计基于磁共振的光泵磁场计/核磁共振磁强计发展到基于原子自旋SERF效应的原子磁强计灵敏度提高了6个量级以上未来具有广阔的发展前景本研究所在国内率先开展基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量技术研究突破了低噪声磁屏蔽高精度原子自旋进动信号检测抗弛豫碱金属气室双原子混合抽运等关键技术先后搭建了两代超高灵敏极弱磁测量研究大科学装置目前灵敏度指标已接近国际最高水平在国内外均具有较高的影响力

子方向二脑心磁测量技术

面向国家在量子精密测量和脑科学领域的重大需求在北京市高精尖中心的支持下开展了基于SERF(无自旋交换驰豫超高灵敏极弱磁测量的医工交叉技术研究突破高灵敏度极弱磁测量低噪声地磁屏蔽多源信息融合与数据反演技术研制成功基于SERF效应的超高灵敏心/脑磁测量实验系统建设国内规模最大的静态测量屏蔽装置和动态测量屏蔽系统研制成功阵列式小型化极弱磁测量探头初步实现心脑磁测量为医学研究提供优良研究平台此外在北航苏州杭州和宁波研究院即将开展相关技术研究未来实现技术成果转化可能会对心脑血管疾病癫痫抑郁症等方面的研究有突破性进展有望惠及百万患者挽回千亿损失

(3)磁悬浮电机及应用技术

子方向一磁悬浮电机及分子泵技术

在财政部重大科技成果转化项目国家重大科学仪器设备开发专项等支持下开展了高速高能量密度磁悬浮电机研究与研制工作突破了高速高能量密度磁悬浮电机多物理场设计大功率高速高效永磁电机设计及无位置驱动超高速磁悬浮柔性转子高稳定控制等关键技术研制成功国内转速最高的30kW-66000r/min和国内功率最大的315kW-32000r/min的系列化磁悬浮永磁电机小功率高速永磁电机已应用于高端科学仪器设备领域研制成功了超高真空和大抽速两类磁悬浮复合分子泵技术指标达到国际先进水平填补了国内空白打破了国外技术封锁显著提升了我国尖端科学仪器国防领域核心器件高技术产业工艺装备的技术水平

子方向二基于磁悬浮电机的控制执行机构技术

姿态控制惯性执行机构是高分辨率长寿命遥感卫星平台的核心技术磁悬浮飞轮和控制力矩陀螺是我国新一代航天器姿态稳定和姿态机动急需的新型惯性执行机构国外长期严密技术封锁是我国高分辨率遥感卫星和大型航天器亟待解决的卡脖子问题经过多年持续攻关先后研制成功我国首台卫星姿控储能两用飞轮(2006和首台五自由度主动控制磁悬浮飞轮(2012年在实践九号卫星搭载试验成功),以及我国首台大中型单框架磁悬浮控制力矩陀螺和小型双框架磁悬浮控制力矩陀螺样机完成了磁悬浮飞轮型号在轨应用开辟了航天器姿态控制惯性执行机构的新方向使我国在该技术领域跨入国际先进行列

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