【講述】自主創(chuàng)新確保北斗系統(tǒng)穩(wěn)定運行

“天上建好，地上用好。”作為國家重大空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)2012年底正式提供服務(wù)以來，連續(xù)穩(wěn)定運行，北斗系統(tǒng)已進入全球組網(wǎng)新階段，應(yīng)用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，成為一張國家名片。

按規(guī)劃，預(yù)計2018年底將建成北斗三號基本系統(tǒng)，為“一帶一路”建設(shè)參與國提供服務(wù)；到2020年將建成世界一流的北斗三號系統(tǒng)，提供全球服務(wù)。目前，北斗三號系統(tǒng)已成功發(fā)射8顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星，建成最簡系統(tǒng)。它繼承了北斗特色，對標(biāo)世界一流，增加了星間鏈路、全球搜索救援等新功能，播發(fā)性能更優(yōu)的導(dǎo)航信號。

日前，記者走進多個北斗研制一線團隊，近距離感受中國北斗的亮點與魅力。

自主創(chuàng)新讓北斗表現(xiàn)優(yōu)異

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主發(fā)展、獨立運行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，目標(biāo)是為全球用戶提供定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)。

輪船航行在茫茫大海中，需要航標(biāo)燈的指引。衛(wèi)星在太空飛行，太陽與地球就是它的航標(biāo)燈：衛(wèi)星飛行姿態(tài)的建立依賴于對太陽、地球的觀測，測量精度越高，衛(wèi)星飛行姿態(tài)就越穩(wěn)定，提供的導(dǎo)航精度也越高。中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研制的“三只眼”，就是通過觀測太陽、地球為導(dǎo)航衛(wèi)星提供導(dǎo)航。

專家介紹說，“三只眼”就是兩個“太陽眼”——模擬太陽敏感器、數(shù)字太陽敏感器，一個“地球眼”——紅外地球敏感器。“太陽眼”負責(zé)測量太陽的位置，“地球眼”測量地球的位置。

安裝了“三只眼”的北斗衛(wèi)星的優(yōu)異表現(xiàn)與“視力”密切相關(guān)。衛(wèi)星入軌初期用模擬太陽敏感器捕獲太陽，再用數(shù)字太陽敏感器和紅外地球敏感器共同作用，更加精確地確定衛(wèi)星的三軸姿態(tài)。

科研人員對北斗衛(wèi)星數(shù)字太陽敏感器和紅外地球敏感器進行了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。數(shù)字太陽敏感器的關(guān)鍵技術(shù)突破，實現(xiàn)關(guān)鍵元件自主可控；紅外地球敏感器的關(guān)鍵技術(shù)突破后，具有高測量精度、高可靠性、長壽命、不易受太陽等天體對姿態(tài)測量的干擾等優(yōu)點。

衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的通信——星間鏈路，是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由區(qū)域向全球過渡的關(guān)鍵技術(shù)，是提升系統(tǒng)全球服務(wù)能力的核心技術(shù)手段，也是北斗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的重要標(biāo)識和技術(shù)制高點。

中國電科29所科研人員提出了自己的北斗全球組網(wǎng)星間鏈路解決方案，率先采用毫米波技術(shù)體制和生產(chǎn)工藝，研制出具有國際領(lǐng)先水平的星間鏈路產(chǎn)品，對于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星實現(xiàn)全球組網(wǎng)起到了關(guān)鍵作用，促進了北斗全球系統(tǒng)的跨域發(fā)展。

衛(wèi)星電源分系統(tǒng)也是衛(wèi)星的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，被譽為衛(wèi)星的“生命線”。在北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星研制過程中，中國電科18所承擔(dān)了電源分系統(tǒng)的研制任務(wù)。該所專家介紹說，以中軌道衛(wèi)星為例，配置了雙太陽電池翼、雙蓄電池組、均衡器和電源控制器。其中太陽電池陣是衛(wèi)星的唯一供電能源，蓄電池組是衛(wèi)星儲能裝置。在北斗三號中，首次批量采用了轉(zhuǎn)換效率達到世界先進水平的三結(jié)砷化鎵太陽能電池，能和太陽能帆板的尺寸充分匹配，極大提高了衛(wèi)星“吸收”太陽能的效率。

在儲能方面，北斗三號衛(wèi)星鋰離子蓄電池組的成功應(yīng)用，也開啟了鋰離子蓄電池組中高軌道應(yīng)用的新局面，滿足了北斗衛(wèi)星儲能電源能量密度高的需求，讓衛(wèi)星上的各種儀器設(shè)備等有效載荷更有“活力”。北斗衛(wèi)星采用的鋰離子蓄電池組已達到國際先進水平。

北斗高精度應(yīng)用將像水、電、氣一樣觸手可及、隨需而用

500萬輛營運車輛上線，建成全球最大的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)平臺；全國4萬余艘漁船安裝北斗，累計救助漁民超過1萬人……基于高精度服務(wù)，北斗已用于精細農(nóng)業(yè)、危房監(jiān)測、無人駕駛等領(lǐng)域。目前，北斗已在公安、交通、漁業(yè)、電力、林業(yè)、減災(zāi)等行業(yè)得到廣泛使用。據(jù)統(tǒng)計，中國航天科工三院航天科技股份有限公司開發(fā)的各類北斗終端及運營平臺，已經(jīng)為全國22個省市、超過35萬輛客貨運車、遠洋漁船等提供服務(wù)。

通過采用北斗定位導(dǎo)航、傳感、網(wǎng)絡(luò)、計算、控制、智能等先進技術(shù)，對道路和基礎(chǔ)設(shè)施進行全面感知，從而構(gòu)建起以車輛為節(jié)點，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。它可以實時監(jiān)控和存儲車輛的行駛軌跡、速度、時間、里程等狀態(tài)信息，可以對車輛行駛油耗、氣耗數(shù)據(jù)、駕駛員行為數(shù)據(jù)、輪胎情況等進行采集、統(tǒng)計、分析，改變駕駛員的不良駕駛習(xí)慣，優(yōu)化管理運輸過程。

特別值得一提的是，利用北斗系統(tǒng)在全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中獨有的短報文功能，北斗車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能為車輛提供北斗短報文通信服務(wù)。在沒有公共通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，北斗車聯(lián)網(wǎng)的基本定位、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芸梢苑€(wěn)定運行，可以為使用者提供遠程調(diào)度指揮功能及北斗緊急通信鏈路。特別是在災(zāi)區(qū)移動通信中斷、電力中斷或移動通信無法覆蓋北斗終端的情況下，就可使用短報文進行通信。

天上數(shù)顆北斗星，地上一張地基網(wǎng)。中國兵器工業(yè)集團通過抓總建設(shè)北斗地基增強系統(tǒng)，構(gòu)建面向大眾與行業(yè)用戶的高精度位置運營服務(wù)平臺，打造自主可控的北斗地基增強“全國一張網(wǎng)”，可以實現(xiàn)比標(biāo)準(zhǔn)精度更好的北斗高精度應(yīng)用服務(wù)。

據(jù)專家介紹，國家北斗地基增強系統(tǒng)的北斗基準(zhǔn)站接收北斗導(dǎo)航衛(wèi)星信號后，經(jīng)傳輸、處理、修正，針對用戶不同層次的需求，通過衛(wèi)星、數(shù)字廣播、移動通信方式等實時播發(fā)，實現(xiàn)實時米級、分米級、厘米級和后處理毫米級高精度定位服務(wù)。比如，智能手機中的北斗高精度，可用于汽車的駕駛定位導(dǎo)航；車道級導(dǎo)航可用于大貨車管理、約車；更高精度毫米級的應(yīng)用，可以用做建筑變形監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，包括泥石流滑坡等。

未來，北斗高精度應(yīng)用將成為像水、電、氣一樣觸手可及、隨需而用的公共服務(wù)產(chǎn)品。

看見“祖國，這里有我”時，感覺一切都格外有意義

每次傳來北斗任務(wù)圓滿成功的消息時，中國航天科工集團三院304所的北斗任務(wù)軟件評測團隊總是無比激動。這支平均年齡28歲的團隊，是北斗系統(tǒng)的軟件“體檢師”，一直以“啄木鳥”的勁頭把好軟件質(zhì)量關(guān)。

面對北斗衛(wèi)星研制、發(fā)射周期緊、技術(shù)新、算法復(fù)雜等困難，項目團隊經(jīng)常封閉測試、集中加班，先后發(fā)現(xiàn)了300余處問題和隱患，包括影響導(dǎo)航任務(wù)通信、數(shù)據(jù)采集、姿態(tài)計算等方面的問題50多個。

“參與任務(wù)以來，每天都開啟頭腦風(fēng)暴，將軟件的每個功能和性能印刻在腦海中，秉承‘不輕視一處疑問、不放過一個問題’的原則，逐行排查代碼可能存在的漏洞。同時，也親身感受到了軟件測試的價值和樂趣?！倍啻螏ьI(lǐng)團隊承擔(dān)北斗導(dǎo)航、量子衛(wèi)星、暗物質(zhì)衛(wèi)星等軟件評測的李麗華說。

參與北斗地面系統(tǒng)研制的中國電科20所團隊，平均年齡不到35歲。無論是在試驗室、機房，還是在野外，從漫天黃沙的西北到風(fēng)光旖旎的東南沿海，總有團隊成員的身影。團隊在高原建站時，海拔超過4500米，氧氣含量嚴(yán)重不足，凜冽的寒風(fēng)像刀子一樣，很多人出現(xiàn)劇烈頭痛、惡心嘔吐等情況。但是，每當(dāng)他們路過高原監(jiān)測站，看見石碑上寫著的“祖國，這里有我”時，感覺所做的一切都格外有意義。