生于山东费县。1983年获山东工学院（今山东大学）学士学位，1988年获西安交通大学硕士学位，1996年获东南大学博士学位。2007年受聘教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，2008年获国家杰出青年科学基金，2015年当选中国科学院院士。任北京航空航天大学宇航学院副院长（1999～2003）、北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院院长（2003～2015），2007年7月任“新型惯性仪表与导航系统技术”国防重点学科实验室主任，2007年11月任中英空间科学技术联合实验室中方理事长，2011年1月任“惯性技术”国家级重点实验室主任，2015年12月任北京航空航天大学副校长。兼任中国科技法学会副会长、中国发明协会副理事长。

主要从事航天器姿态控制磁悬浮惯性执行机构和惯性导航技术领域研究，成果包括：①提出了高精度、低功耗磁悬浮飞轮和控制力矩陀螺设计理论与方法，攻克了高速大惯量磁悬浮转子高精度、高稳定度控制和高可控、低功耗磁轴承设计国际难题，突破了高精度磁悬浮飞轮和控制力矩陀螺关键技术。实现了磁悬浮飞轮转子在4.2万转/分转速下的稳定运行，研制成功中国首台五自由度主动控制磁悬浮飞轮，并在“实践”九号卫星搭载试验成功（2012年10月发射）。卫星在轨稳定运行，使中国在该技术领域跨入国际先进行列。研制成功中国首台单框架磁悬浮控制力矩陀螺（CMG）和双框架磁悬浮控制力矩陀螺样机。②针对捷联惯性测量装置（IMU）静基座初始对准高精度与快速性的矛盾，提出了IMU静基座快速精确对准的直接推算方位失准角的方法，在对准精度相同的情况下可缩短对准时间约一个数量级，是静基座初始对准的代表性方法之一。提出了一种基于改进奇异值分解的可观测度分析新方法，揭示了IMU不同运动条件下误差状态的可观测性规律，为机载捷联惯导系统的最优动基座对准提供了新的技术途径，显著提高了飞行对准精度。③揭示了高精度位置姿态测量系统（POS）误差模型的状态可观测度随飞行状态变化的规律，提出了基于状态可观测度和杆臂效应误差补偿的自适应反馈校正滤波方法和一种基于更新协方差自适应扩展卡尔曼滤波和实时预测迭代卡尔曼滤波算法，显著提高了机载POS的实时测量精度。研制成功基于国产光学陀螺的高精度机载POS，为中国自主研制的机载干涉合成孔径雷达高程精度由3米提高到0.27米，及时空联合调制干涉式光谱仪首次实现0.64米分辨率（2800米高度）机载成像做出了重要贡献。

获国家技术发明奖一等奖和二等奖，国家科技进步奖一等奖和二等奖。获何梁何利基金“科学与技术成就奖”（2008）。获全国五一劳动奖章，“国防科技工业杰出人才奖”和“全国杰出专业技术人才”称号。授权国家发明专利55项，出版专著5部，发表期刊论文150余篇。