他利用自己發(fā)展的新的理論和算法，主動應(yīng)用于“中國2000GPS大地控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理工程”，使我國大地坐標(biāo)系精度步入國際先進(jìn)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(dǎo)航衛(wèi)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(dǎo)航、授時服務(wù)。

“北斗閃耀”的背后，離不開眾多為坐標(biāo)系統(tǒng)和衛(wèi)星定軌以及多種數(shù)據(jù)的處理分析的科學(xué)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(xué)家和衛(wèi)星導(dǎo)航定位專家楊元喜就是其中的杰出代表。日前，《中國科學(xué)報》記者對他進(jìn)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(zhèn)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(xué)和中學(xué)期間，楊元喜與姐弟一起，利用假期和上學(xué)前后的空余時間到外面去挖豬草掙工分，幫父母分擔(dān)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(xué)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(xué)。

1974年，高中畢業(yè)的楊元喜回鄉(xiāng)務(wù)農(nóng)，但此后未久，他應(yīng)征入伍，隨部隊赴新疆參加高原測繪會戰(zhàn)。盡管投身軍伍，但他一直沒有放棄隨時隨地學(xué)習(xí)的習(xí)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(xué)院。1984年他又考上該校的碩士研究生，1987年留校當(dāng)助教、講師。次年，楊元喜進(jìn)入中科院測量與地球物理研究所攻讀博士學(xué)位。畢業(yè)后，他回到鄭州測繪學(xué)院，先后擔(dān)任副教授、教授。

“我以前主要從事大地測量數(shù)據(jù)處理理論研究與教學(xué)工作。”楊元喜告訴記者，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(fā)，確定申報課題為“自適應(yīng)導(dǎo)航定位理論與應(yīng)用”。這一課題的背景是，大多數(shù)動態(tài)載體都會出現(xiàn)不規(guī)則運動，而且不可能完全由動力學(xué)模型精確描述，且觀測也可能出現(xiàn)異常。有鑒于此，他構(gòu)建了動態(tài)自適應(yīng)Kalman濾波模型，該模型包容了標(biāo)準(zhǔn)Kalman濾波、抗差Kalman濾波、自適應(yīng)濾波等，使得自適應(yīng)抗差Kalman濾波具有自適應(yīng)學(xué)習(xí)和自調(diào)節(jié)功能。

楊元喜的這一模型，能合理地調(diào)節(jié)動力學(xué)模型信息和觀測信息對動態(tài)狀態(tài)參數(shù)的貢獻(xiàn)。在自適應(yīng)抗差濾波理論的基礎(chǔ)上，他還推導(dǎo)出了兩類最優(yōu)自適因子，使得動態(tài)用戶不需要任何經(jīng)驗即可使用該理論和算法進(jìn)行高精度導(dǎo)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(xiāng)道路修測工程中得到成功應(yīng)用，完成全國134萬多公里的GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）道路修測。

學(xué)術(shù)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(xué)術(shù)成長的重要里程碑”。

“首先，我是我們鄭州測繪學(xué)院第一個獲得‘杰青’基金資助的，十分高興和激動；其次，經(jīng)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。”楊元喜表示，能夠獲此殊榮，表明自己的學(xué)術(shù)科研成績得到一定認(rèn)可，有成就感，也有責(zé)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(xué)術(shù)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(yīng)導(dǎo)航定位理論與應(yīng)用”衍生的成果“自適應(yīng)導(dǎo)航定位理論與系統(tǒng)”，于2014年獲得省部級科技進(jìn)步獎一等獎。

此外，他針對全球衛(wèi)星導(dǎo)航觀測值之間往往存在相關(guān)性，而且相關(guān)觀測異常具有牽連效應(yīng)，為此構(gòu)建了“雙因子相關(guān)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(yīng)用，嚴(yán)格控制了個觀測異常對模型參數(shù)估計的影響。其系列成果總結(jié)成“大地測量質(zhì)量控制理論與系統(tǒng)”，并在2011年獲得省部級科技進(jìn)步獎一等獎。

楊元喜認(rèn)為，獲得“杰青”資助后，自己的科研方向也更有目標(biāo)。他申報“杰青”項目的方向，一開始并沒有太多人關(guān)注，“只是自己發(fā)表了幾篇相關(guān)研究論文”。但等他獲得“杰青”資助并發(fā)表一系列的研究成果后，“自適應(yīng)導(dǎo)航定位”的相關(guān)研究開始受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，從事該領(lǐng)域研究的青年學(xué)者突然增多，“可以說開辟了一個較新的研究領(lǐng)域，培養(yǎng)了許多該領(lǐng)域的研究生”。

如今，學(xué)術(shù)界已經(jīng)初步形成了一個相對完整的理論體系。在“自適應(yīng)導(dǎo)航定位”領(lǐng)域先后發(fā)表的學(xué)術(shù)論文超過百篇，且其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)超出大地測量與導(dǎo)航。

“杰青”應(yīng)考慮學(xué)科平衡

“杰青”之后，楊元喜對科學(xué)的探索從未止步。他利用自己發(fā)展的新的理論和算法，主動應(yīng)用于“中國2000GPS大地控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理工程”，為我國“2000國家大地坐標(biāo)系建立”奠定了框架，使我國大地坐標(biāo)系精度步入國際先進(jìn)行列；并將抗差估計理論用于“全國天文大地網(wǎng)與空間網(wǎng)聯(lián)合平差工程”，使我國成為繼北美和西歐之后完成超大規(guī)模國家大地控制網(wǎng)的國家之一，并使得我國國家大地控制網(wǎng)統(tǒng)一到2000國家坐標(biāo)系。成果獲得省部級科技進(jìn)步獎一等獎和國家科技進(jìn)步獎二等獎。

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

2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件正式版1.0正式公布，北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)。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(biāo)系統(tǒng)。我們的衛(wèi)星都在圍繞地球運行，要確定這個坐標(biāo)系統(tǒng)，衛(wèi)星導(dǎo)航是最最重要的手段之一。通過衛(wèi)星地面站的連續(xù)觀測和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，我們就可以獲得相應(yīng)地面點的坐標(biāo)和地殼運動變化參數(shù)，這些具有高精度動態(tài)坐標(biāo)參數(shù)的點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，成為坐標(biāo)框架。這些坐標(biāo)框架是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)，相應(yīng)地，衛(wèi)星導(dǎo)航定位也為坐標(biāo)框架的實現(xiàn)提供手段。”楊元喜這樣描述。

今年是“杰青”設(shè)立20周年，對此，楊元喜認(rèn)為，“杰青”已經(jīng)成為青年學(xué)者追求的重要目標(biāo)，也逐漸成為一些單位評價青年學(xué)者成就的重要指標(biāo)，激勵了一批青年學(xué)者的上進(jìn)心和成就感。

對于“杰青”未來的發(fā)展，楊元喜也提出了自己的建議：“我認(rèn)為，《中國科學(xué)》《科學(xué)通報》和本學(xué)科重要的國內(nèi)刊物論文也應(yīng)考慮在評價體系中，并引起適當(dāng)重視。這是因為我們的許多青年學(xué)者為了追求國際SCI刊物論文，忽略了國內(nèi)期刊論文的發(fā)表，導(dǎo)致大量論文外流，并導(dǎo)致國內(nèi)刊物的國際影響力進(jìn)展緩慢。此外，‘杰青’還要考慮學(xué)科的平衡，有的學(xué)科國際重要刊物較少，發(fā)表文章相對較難，而國內(nèi)學(xué)科發(fā)展又快，所以，適當(dāng)平衡學(xué)科‘杰青’分布，對學(xué)科全面發(fā)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(xué)人受益。”楊元喜說。

（原載于《中國科學(xué)報》2014-03-28 第11版 學(xué)人)