段宝岩,1955年3月生于河北冀县。电子机械工程专家,中国工程院院士。1981年毕业于西安电子科技大学(原西军电、西北电讯工程学院)无线电设备结构设计专业,1984、1989年在西安电子科技大学电子机械专业分别获硕士、博士学位。1991--1994年英国利物浦大学做博士后,期间曾赴日本北海道大学做客座研究员,2000年美国康奈尔大学访问学者。1984年起在西安电子科技大学电子机械系任教,1992年后任西安电子科技大学教授、博士生导师。2011年当选中国工程院院士。2002-2012年任西安电子科技大学校长。
他是我国电子装备机电耦合技术领域的开拓者与奠基人之一。973项目首席科学家,总装备部、工信部、教育部科技委委员,总装卫星有效载荷专家组成员,教育部科技委机电与运载学部委员,中国电子学会电子机械工程分会主任委员,《电子机械工程》编委会主任,《电子学报》英文版副主编等。以第一完成人获国家科技进步二等奖2项,省部级科技进步一等奖3项,发表国内外刊物论文150余篇,著书4部,论著他引3600余次,授权发明专利23项。其研究成果主要包括:
一、系统建立了大口径天线电磁与结构场耦合理论模型,提出了反射面保型设计方法,自主研制了国内首个面向全系统、全性能的天线综合设计平台。
复杂电子装备通常是电磁、精密机械结构、传热等多学科相结合的系统,其电性能的成功实现取决于多学科的交叉融合,如机械结构不仅是电性能实现的载体和保障,且往往制约着电性能的实现,同时,电性能对结构设计提出了更高要求,机电之间呈现出强耦合特征。这种机、电之间的相互影响关系被称为机电耦合问题,已成为长期制约装备性能提高并影响下一代装备研制的一个发展瓶颈。
1、针对长期存在的机、电设计分离问题,他从电磁场与位移场的场耦合入手,建立了机、电场耦合理论模型,揭示了两场的内在关系,奠定了大型天线电磁与结构耦合设计的理论基础。与传统的Ruze公式相比,对相同电性能指标可降低对反射面精度的要求,而对相同的反射面精度,可显著提高电性能。
2、针对大型天线反射面如何保型问题,他提出了反射面保型设计的理论与方法,解决了形状优化中Hessian阵奇异、拓扑优化中预定位移场与多工况、星载天线两状态动力优化等关键技术。可使反射面在不同姿态下始终为一同族的抛物面。
3、集上述成果,并突破机电性能综合仿真与集成建模等关键技术,自主研制了国内首个面向全系统、全性能的天线综合设计平台。方法、技术及软件平台被应用于多项国家重大工程中,如探月工程地面系统40米口径天线,突破了机电耦合设计、反射面保型等关键技术,明显提高了天线性能,对探月一期任务的完成起到了关键支撑作用;神舟飞船发射远地测量系统7.3米口径天线,解决了机电耦合设计等关键技术,使天线增益提高0.6dB,重量下降20%;侦察卫星16米可展开天线,攻克了高精度、轻质量、高基频等关键技术,使天线增益提高0.6dB,重量下降20%,正在研制的侦察卫星30米天线就采用该设计方案。
该成果获2004年国家科技进步二等奖、2001年教育部科技进步一等奖。
二、系统建立了雷达天线伺服系统结构与控制集成设计的理论与方法,提出了500米超大型天线创新方案,开创了应用大跨度柔索实现馈源高精度动态定位的先例。
雷达天线波束指向精度和响应速度等电性能依赖于伺服系统性能,而伺服系统性能又取决于机械结构与控制的有机结合,如结构的固有频率影响伺服带宽,控制力矩又影响结构设计,两者相互影响。两者相分离的传统设计方法中,当遇到同时要求高指向精度和快响应时,在工程上很难同时实现。为此,他从状态方程和系统综合的角度入手,提出了雷达天线伺服系统结构与控制集成设计理论与方法,解决了同时实现结构高刚度、轻量化和控制稳、准、快的技术难点。方法与技术已成功应用于多项国家重大工程中,如系列舰载近程反导武器系统的火控雷达,攻克了快响应、轻重量、有效隔震等关键技术,已装备我海军主力战舰百余部。
超大型天线(LT)采用反射面固定、馈源跟踪扫描的方式。这类天线目前世界上最大的美国305米口径天线,其馈源扫描采用纯机械方式,重达1000吨且跟踪精度较低。作为LT中国推进委员会工程预研究组负责人,他提出了由大跨度柔索实现馈源精密跟踪的创新方案,使扫描机构自重由1000吨降至20吨,开创了应用大跨度柔索实现馈源精密动态定位的国际先例。对这种柔性、大跨度、非线性时变结构,如何实现是一个难题。为此,他除对系统进行精确的数学建模、深入的力学分析及结构与控制的集成设计外,还建造了口径50米试验天线,验证了方案可行性,对口径500米天线国家大科学工程的立项与实施起了关键支撑作用,该工作得到国际同行的肯定。相关论文被本领域国际权威刊物Mechatronics评为1991创刊以来的十篇最佳论文之一。
本成果获2008年国家科技进步二等奖、2005年和1999年陕西省科技进步一等奖。
三、建立了电子装备机、电、热场耦合理论模型,得出了结构因素对电性能的影响机理,自主研制了我国首个集电磁、结构、热于一体的综合设计软件平台。
对长期制约我国电子装备发展瓶颈的机电耦合问题,作为首席科学家,他主持完成了973项目“**电子装备机电耦合基础问题研究”,对电子装备机、电、热场耦合理论,结构因素对电性能的影响机理以及机电耦合测试与评价等关键技术进行了深入研究。1、提出了有源相控阵天线、高密度组装系统机、电、热场耦合理论模型,揭示了三场之间的内在关系;2、掌握了机械结构因素对天、伺、馈电性能的影响机理,形成了设计规范;3、研制了具有自主知识产权的集电磁、结构、热于一体的电子装备综合设计软件平台。该成果应用于多项国家重大工程中,如毫米波敌我识别系统,解决了缝制造精度与焊接工艺对电性能影响的关键问题;渡海通信电调双工滤波器,解决了形位公差高、加工变形不一致及调试效率低的关键技术问题。该工作得到同行肯定,被认为“达到了国际先进水平,在机、电、热场耦合理论方面有重大创新”。
从教近30年来,他培养了博士18名、硕士69名,带出了一只结构合理、学术水平高的团队。培养的博士生中,获全国百优博士学位论文、百优提名各1篇,德国洪堡奖学金1人,陕西省突贡专家1人。由于作风正派,治学严谨,他被授予“五一”劳动奖章,以及全国师德先进个人、全国先进工作者、全国优秀科技工作者等荣誉称号。