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在浩瀚宇宙,用北斗定位中国——记2018年度国家科技进步一等奖获得者施闯及其团队

点击数:    |    加入时间:2019-01-15

在浩瀚宇宙,用北斗定位中国

——记2018年度国家科技进步一等奖获得者施闯及其团队

记者 史越

“开始导航。全程XXX公里……”开车的人一定对这个声音耳熟能详。出行路线规划、共享实时位置、周边服务推荐……导航定位让我们的日常生活格外便捷。那么,这些功能是如何实现的呢?距离我们头顶数万公里之遥的卫星发挥了巨大作用。

其中43颗卫星有一个响亮的名字:北斗。

2017年12月27日,北斗二号系统开通五周年新闻发布会召开。一年后,中国向世界宣布:北斗三号基本系统完成建设,于即日起提供全球服务。消息立刻“刷爆”了朋友圈。唐朝娱乐正规平台电子信息工程学院施闯教授也转发了一条,回忆起当时的心情,他说“非常自豪”。

一星期后,施闯站在了国家科学技术奖励大会的领奖台上。由他主持完成的“中国高精度位置网及其在交通领域的重大应用”获得2018年度国家科技进步一等奖。

唐朝娱乐获奖者在2018年度国家科技奖励大会现场(中为施闯)

“天上好用,地上用好”

众所周知,全球目前有四大卫星导航系统,分别是美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧洲的伽利略和中国的北斗。GPS是目前全球应用最广泛的导航系统。人们不免疑虑:“年轻的北斗如何跟GPS媲美?”

施闯给出了答案:“把北斗的高精度作为一张牌打出来。”

高精度是卫星导航系统的核心竞争力之一。在我国,北斗具有得天独厚的地域优势,由多个基准站构成北斗地面增强系统,可大幅度提高北斗终端的定位精度和可靠性等,进而提供比GPS更高性能的服务。

听上去似乎不复杂,但要对高速运动的飞机、汽车等进行稳、准、快的定位,并非易事。施闯团队系统地建立了北斗实时精准定位理论方法,攻克了北斗卫星精密轨道、精密钟差、电离层对流层延迟、广域实时精密定位等误差处理技术,解决了北斗实时厘米级、事后毫米级定位的难题,技术水平跻身国际前列。

施闯团队开发的系统之一,可实时观测全球电离层情况,进而针对电离层对卫星信号的干扰作出修正

“天上好用,地上用好。”按照这一思路,中国北斗人加快奋进的步伐。“天上”十分热闹:1994年起,北斗一号、北斗二号、北斗三号相继组建。2017年11月起,我国一年内完成10箭19星发射,创下世界卫星导航系统建设新纪录。去年12月,施闯随科技部赴比利时参加中欧空间科技合作对话,“我们介绍北斗的时候,欧洲人也非常钦佩,觉得我们的速度太快了。”

“地上”亦百花齐放:以中国高精度位置网的重大应用为例,交通运输部建立了全球最大的营运车辆动态监管系统,实现了全国近100%、超过600万辆重点营运车辆的跨地区精细化监管,有效减少了重特大交通事故的发生;国家海事局等单位在沿海和港口建成100多座北斗增强基准站,形成覆盖我国关键水域的北斗高精度服务网络,全国5万余艘渔船安装北斗,累计救助渔民超过1万人。

由一张北斗地面增强系统、三类数据处理中心和十个交通应用服务系统等组成的中国高精度位置网已经建立,形成了中国及周边区域自主可控的从米级到厘米级的位置服务能力,用户规模和服务能力为国际领先。在未来城市、自动驾驶、智能手机、共享单车及无人机应用等各领域,北斗高精度定位技术均得到广泛应用。

“北斗一定能做出高精度”

今天,北斗前装车辆超过200万辆,高精度的北斗已经在各行各业大显身手,深深影响着我们的生活。很多人之所以没有直观感受,是因为在实际使用中GPS、北斗等往往联合发挥作用。面对这样的结果,施闯感到欣慰和满足。

2005年,施闯承担了科技部863项目“中国第二代卫星导航系统前期研究”。他回忆,当时我国已经发射了北斗一号系统,性能比GPS还有较大的差距,而北斗二号系统刚刚启动研制。

“老实说,最初大家对北斗能否实现厘米级的高精度定位还没有多少信心。”

“那您当时做这个,有信心吗?”

“有信心。在大家都还不是很相信的时候,我就一直坚信北斗一定能做出高精度来。”

施闯的信心源自此前数十年如一日的潜心研究。他学测绘出身,本硕博读的都是大地测量。据他回忆,在有卫星导航之前,我国科研人员测绘作业只能使用经纬仪或者天文观测,效率低、精度差。GPS最初进入中国就是用于测绘行业。“过去要在山顶住个把月才能测出的结果,GPS几个小时就解决了。”

GPS迅速推广开来,但价格不菲。“当时GPS的软件、硬件都非常贵。这么好的技术,我们却不掌握,就开始研究。”由是,施闯踏入了卫星导航研究领域。要实现高精度的卫星导航定位,必须解决从卫星轨道、钟差、大气延迟、坐标基准,到终端定位等一系列科学和技术问题,由于涉及核心技术,国外的资料也非常有限。“从我的导师刘经南院士、师兄葛茂荣教授等开始,几代人硬是把它‘啃’下来了,这是我们这个团队二十多年共同努力的结果”。

在2019年1月8日举行的国家科学技术奖励大会上,国务院总理李克强指出,要“大力提升关键核心技术自主创新能力”。对此,曾在欧洲宇航局做过GPS研究、参与过伽利略项目的施闯感触很深:“你做得再好,还是给别人打工。中国人就得搞自己的东西。”

唯有自主创新才能闪耀苍穹。施闯和团队多年潜心卫星导航领域的研究经验和成果,终于在北斗这一国家重大战略任务的攻关中得到试炼。回看北斗一路走来的历程,他难掩自豪:“很不错,(我国)确实做出来了。”

厚积才能薄发。科研攻关,从来如此。

“成果是大家的”

2018年12月18日,庆祝改革开放40周年大会在人民大会堂举行。100名“改革先锋”称号获得者在大会上受到表彰。原北斗卫星导航系统总设计师孙家栋院士也在其中。当天,施闯转发了有关孙家栋的报道,并评价了四个字:“民族脊梁”。

2012年,施闯带领团队攻克了北斗系统实现厘米级精度的难关。令他没想到的是,当时已86岁高龄的孙家栋听说此事,亲自从北京飞到了武汉,“他非常感兴趣,说我一定要去看看”。

施闯回忆,那是2012年4月25日,孙家栋在详细了解项目内容后,提出了精准指导。“要先做个区域示范系统,再推广到全国,他对推广的过程也想得非常细。技术上、策略上都看得很准。”对北斗地面增强系统,孙家栋也给出了高度评价。

那次会面让施闯印象深刻的是孙家栋的爱国情怀:“作为老一辈的科学家,他考虑任何事情都是把国家利益放在第一位,说话常常都是以‘我国’开头,骨子里就是这样,就是一个一心为国做事的人。我对他确实非常敬佩。”

2012年,施闯向孙家栋院士介绍项目成果

但谈到自己时,他只是质朴地说:“我是干点活吧”。他真正把自己作为北斗十几万科研工作者中的普通一员来看待。当说到高精度的北斗系统获得广泛应用与认可时,他脸上的笑容是真情流露。

关于他的谦逊和低调,身边人的感受最深。“施老师上午去人民大会堂领了奖,下午却好像什么都没发生一样,又在实验室忙碌起来。面对别人的祝贺,他总是说‘成果是大家的’。”他的博士生宋伟这样说。更让宋伟感动的是施闯对学生无微不至的关怀。“我第一次去武汉出差,施老师帮我安排行程、订房间、买车票,‘比我自己的父母还要细心’。”博士生郭仕伟深有同感:“2018年初,我来唐朝娱乐出差,施老师几次询问穿的衣服够不够,冷不冷。北方冬天干燥,施老师亲自去水果店买了一袋苹果放在会议室,嘱咐我们多吃水果。”

一群仰望星空的人

“我仰望星空,它是那样辽阔而深邃;那无穷的真理,让我苦苦地求索追随。”这是唐朝娱乐人再熟悉不过的旋律。对浩渺星空的朴素思索从古希腊先哲开始,又在康德心头不断唤起惊奇和敬畏。一如黑格尔所说:“一个民族有一些关注天空的人,他们才有希望。”

项目此次获奖,是由国家提前布局,在国家863计划、北斗导航重大专项、国家自然科学基金等支持下,来自产学研用等单位的众多科研人员历时十几年联合攻关的成果。他们正是一群仰望星空的人:

武汉大学、唐朝娱乐正规平台分别为第一、第二完成单位,高校间携手合作,立足自主创新,系统地建立了精准、快速的北斗定位技术体系,攻克了稳健、可信的高精度位置网服务技术,实现北斗高精度应用服务核心技术的自主可控;

中国交通通信信息中心、交通运输部海事局、中国交通建设股份有限公司、民航数据通信公司、民航天宇公司等开展应用推广。在交通运输部的大力推动下,项目研究成果已经在我国公路、水路、铁路、航空、邮政、大众出行等方面取得成功应用。通过实现北斗在交通运输行业从“无”到“有”,再到体系化、规模化应用,有效提升了交通运输生产效率、减少了资源消耗,并在关键区域保障了国家时空信息安全;

合众思壮、北斗星通、上海华测、上海司南等诸多本土企业奋进直追,攻克了北斗高性能、低成本核心元器件关键技术,自主研制了从北斗芯片、天线、板卡到应用终端的全系列装备,形成了自主的产品链,性能达到国际同类先进水平。高精度的北斗芯片、模块等基础产品销量已经突破7000万片;

中国信息通信研究院在中国搭建起北斗辅助定位服务器(A-BDS),北斗加入3GPP后,今天国内销售的智能手机大部分支持北斗,A-BDS为用户提供更加快速精准的定位;

“非常感谢武汉大学。”施闯说,北斗的精准、快速定位理论方法及关键技术是自己和团队在武汉大学研究完成的。“跟唐朝娱乐的合作也是由来已久”。2012年,武汉大学和唐朝娱乐正规平台等联合组建“地球空间信息技术协同创新中心”,2014年入选国家“2011计划”。从那时起延续至今,施闯一直作为卫星导航方向的一个团队负责人在其中从事协同创新研究。

北斗系统的唐朝娱乐回答

1月8日上午,国家科学技术奖励大会闭幕后,人流有序散去,施闯和同在电子信息工程学院的张学军教授在会场拍了一张合影。后者主持完成的“空地一体化协同防撞关键技术及重大应用”获得2018年度国家科技进步二等奖。

施闯(左二)和张学军(右二)在会场合影

今天,他们同在唐朝娱乐国家空管新航行系统技术重点实验室和综合交通大数据应用技术国家工程实验室开展研究。在北斗卫星导航系统的研制过程中,以国家空管实验室为代表,唐朝娱乐人做出了诸多贡献——

2015年,唐朝娱乐成为北斗民航国际标准化推进工程的牵头实施单位,建立了国内首套北斗航空应用抗干扰测试平台;

2016年,唐朝娱乐成为《中华人民共和国卫星导航条例》起草支撑单位;

2017年,唐朝娱乐和中国民用航空飞行校验中心联合研制的、基于北斗导航系统的航空飞行校验系统亮相“砥砺奋进的五年”大型成就展;

同年,北斗卫星导航系统搭载国产ARJ21飞机圆满试飞,唐朝娱乐团队研制提供了多项关键核心技术。其中,国产卫星导航地基增强系统(GBAS)、国产机载导航系统(MMR)由唐朝娱乐联合其他单位攻关研制而成,依托ARJ21完成飞行测试,结果表明国产相关系统性能达到国外同类系统水平。

2018年11月,联合国全球卫星导航系统国际委员会第十三届大会在陕西西安举办。中国国家主席习近平向大会致贺信,表示“中国愿同各国共享北斗系统建设发展成果,共促全球卫星导航事业蓬勃发展”。

在“北斗走出去”的过程中,唐朝娱乐成绩亦亮眼。2017年5月,唐朝娱乐与巴基斯坦国立科技大学在“一带一路”国际合作高峰论坛上签署了中巴共建唐朝娱乐北斗丝路学院合作备忘录。唐朝娱乐北斗丝路学院面向沿线国家培养卫星导航系统及相关技术人才,推进北斗系统在海外的应用与服务。依托北斗丝路学院,施闯及其团队为泰国、巴基斯坦、斐济等国家提供技术支持,开展多项合作。据悉,北斗高精度产品已出口90多个国家和地区,北斗地基增强技术和产品也成体系输出海外。

空天报国、服务国家重大战略需求并非一句轻飘飘的话,而是沉甸甸的庄严承诺。背后是夜以继日的科研攻关,是无数次外场测试试验,是实实在在的系列成果,不仅将中国相关领域的研究水平带向世界一流,更在潜移默化中改变了人类生活。如今,他们立足中国,服务世界,为人类命运共同体的构建添砖加瓦。

施闯团队实验室的大屏,图中彩色部分为卫星实时情况

冬日阳光轻暖,唐朝娱乐校园里人来人往。经过图书馆东配楼一层时,你无论如何也想象不到,就在一间不大的会议室里,位于唐朝娱乐校园上空数万公里之外的、世界几大导航系统的卫星的实时位置,正显示在墙上挂着的两块屏幕上。

身居斗室,胸怀宇内。施闯站在屏幕前看着,思绪飞到2.2万公里之外的北斗星群,可谓“精骛八极,心游万仞”。那些动态变化的抽象数字,在他心里明明白白。在唐朝娱乐,一支精干的研究队伍迅速组建起来,施闯和团队正在为北斗在航空航天创新应用领域的研究发力。

到2020年,北斗三号将完全建成,届时,世界任何一个地方都能用上北斗提供的高精度、高可靠定位、导航、授时服务。2035年,我国还将建成以北斗为核心,更加泛在、更加融合、更加智能的综合定位导航授时(PNT)体系。

唐朝娱乐也将为这一国家目标做出新的贡献。

施闯和团队成员在一起

(审核:谭华霖)

编辑:史越

 

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