楊長風:北鬥系統讓中國掌握自己的時空信息

2020-12-21 風採人物

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北鬥衛星導航系統總設計師楊長風

得獎原因:在他的領導下,北鬥三號全世界衛星導航系統全方位完工並啟用服務項目,意味著北鬥「三步走」戰略決戰獲得最後獲勝,使在我國變成全世界第三個單獨有著全世界衛星導航系統的我國。北鬥三號全世界系統軟體的完工啟用,對提高在我國中國綜合國力,對促進疫情防控常態下在我國社會經濟和改善民生,對促進當今國際性經濟環境下在我國擴大開放,對進一步提高中華民族信心、努力創造「兩個一百年」長遠目標,具有關鍵實際意義。

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當代日常生活對各種各樣位置信息的要求遠遠超過了大家的想像,移動智能終端內嵌精準定位集成 ic 無時無刻不在接受外太空中導航欄衛星傳出的服務項目數據信號。而如今,在全世界範疇內的隨意地區、隨意時刻都能夠另外觀察到8顆之上的中國北鬥導航欄衛星。

「定位導航是北鬥系統軟體的一大特點。」北鬥衛星導航系統工程項目總設計師楊長風詳細介紹說,現階段發布的全世界範疇精度等級是好於10米,評測的精度等級2~3米。相互配合更強勁的路基提高系統軟體,能夠出示 mm 級、公分級服務項目,普遍服務項目無公路橋梁變形檢測、自然災害檢測預警信息等。

2020年7月31日,北鬥三號全世界衛星導航系統宣布啟用,間距北鬥一號工程項目項目立項早已過去二十五年。在具備戰略地位的行業,被其他國家執行技術性封禁,便會遭遇「受制於人」的窘境,北鬥系統軟體一直堅持科技創新,核心技術一定要把握在自身手上。北鬥系統軟體攻破了星間連結、高精密星載原子鐘等160多項重要關鍵技術,提升500多種器構件國內生產製造的研製開發,完成北鬥三號衛星關鍵器構件百分之百國內生產製造的。

「做為我國關鍵的室內空間基礎設施建設,北鬥系統軟體的研製開發與完工,對在我國時光網絡信息安全具備關鍵實際意義。」楊長風剖析說,「把握了時間和空間,就操縱了一個國家最重要的基礎信息。衛星導航系統是現如今最重要的導航定位校時方式,是信息化管理社會發展的關鍵基本,關聯到國防安全和私人信息,一定要掌握在自身手上,是肯定不可以止步不前的。」

擺脫牽制

2014年10月,56歲的楊長風從85歲的孫家棟工程院院士手上接到北鬥衛星導航系統工程項目總設計師的重擔。那時候,他做為系統軟體的總經理室內設計師,全過程參加了從北鬥一號、北鬥二號到北鬥三號,共三代北鬥衛星導航系統的論述設計方案、建設工程和機構管理方面。但在繼任北鬥自動化控制總設計師後,楊長風仍「倍感工作壓力」,秀髮也在這裡兩年白了很多。那時候,在我國早已完工北鬥二號區域系統,已經向北鬥全世界系統軟體銜接,全世界系統軟體的新體系、新技術應用、新數據信號都必須開展實驗認證。

「簡言之,便是全部系統軟體的進展工作壓力。」楊長風詳細介紹說,按照計劃,北鬥三號系統軟體到2018年要進行18顆北鬥三號衛星組網方案,全方位遮蓋「一帶一路」我國;到2020年,要進行30顆衛星發送組網方案,並向全世界客戶出示服務項目。

北鬥系統軟體一直堅持關鍵器構件100%國內生產製造的、不斷提高重要單機版可信性、衛星工作中使用壽命做到10~十二年之久。要完成這一系列總體目標,就需要在衛星起飛以前,在路面做很多實驗認證,以證實其可以展示持續平穩的服務項目,這種工作中都必須很多時間。

楊長風不是一個人在作戰。事實上,過去的二十五年裡,更是由一代又一代的北鬥人延續勤奮,才可以讓今日的北鬥三號系統軟體立在國際舞臺上與別的優秀的全世界衛星導航系統同場比賽。時間返回1994年,英國的衛星導航系統(GPS)早已完工,烏克蘭的「格洛納斯」將於一年後進行24顆導航欄衛星十二星座的組網方案,二者均斥資數百億美元,中國那時候還不具有那樣的整體實力。

早在1983年,為謀化中國自身的衛星導航系統,「兩彈一星榮譽獎牌」獲獎者、中國工程院院士陳芳允就明確提出了「雙星精準定位」構想。說白了「雙星精準定位」,即運用二顆地球上靜止不動路軌衛星與路面系統軟體相互配合完成地區精準定位。而英國 GPS 選用的是4星精準定位法,求得室內空間座標(X、Y、Z)和時間座標這4個未知量,必須4個方程組,因而必須4顆衛星的數據信號才可以開展精準定位。比較之下,「雙星精準定位」可以用較少的花費、在短期內內完工一個區域系統。為認證這一構想,陳芳允工程院院士精英團隊在1989年幹了一次取得成功實驗,精密度遙遠超出預估。

衛星導航系統的必要性在1990年伊拉克戰爭中獲得了反映。那時候還在建設中的英國 GPS 初次被應用到實戰演練,明顯提升 了武器裝備制導技術精密度和嚴厲打擊實際效果,英國乃至在伊拉克戰爭匯報總結裡將獲得勝利歸納為「GPS 的獲勝」。

另據中共上海市委中央黨校副教授職稱時青昊發文回望,1993年7月,中國「銀河號」貨船行車至印度洋海域時,該船所屬水域的 GPS 服務系統被有意關掉,造成 船舶迫不得已在荷姆茲海峽停滯不前三周,這件事情促進中國權威專家聯名鞋「奏疏」,提議起動中國衛星導航系統工程項目。

1994年,北鬥一號自動化控制宣布項目立項。中國的北鬥衛星導航系統依照「三步走」發展戰略基本建設。第一步,2000年完工北鬥一號系統軟體(北鬥衛星導航欄實驗系統軟體)並交付使用,為中國客戶出示服務項目;第二步,2012年完工北鬥二號系統軟體,為亞洲地區客戶出示服務項目;第三步,2020年完工北鬥三號系統軟體,為全世界客戶出示服務項目。

「北鬥一號系統軟體解決了在我國衛星導航系統是否的難題。」楊長風曾那樣匯總。2000年,二顆北鬥導航欄實驗衛星依次取得成功發送並構成北鬥一號系統軟體,中國變成繼英國、烏克蘭以後第三個有著獨立衛星導航系統的我國。

打個好看的攻堅戰

殊不知,那時地球上空中80%的「金子導航欄頻率段 L 頻率段」絕大多數早已被英國和烏克蘭佔有。2000年4月17日,中國向國際電信聯盟明確提出頻率段申請辦理,同一年6月5日,歐盟國家伽利略衛星導航系統也明確提出了申請辦理。國際電信聯盟準許了一小段頻率供世界各國平等原則,應用標準是以申請辦理時間剛開始測算,七年內進行衛星發送入軌和數據信號接受,「首先用先得」,「逾期作廢」。

伽利略系統早中國北鬥二號系統軟體2年起動,並於2005年12月發送了第一架實驗衛星,交給中國的時間愈來愈急迫。

另外,北鬥二號系統軟體也要處理另一個難點。本準備從歐州引入關鍵器構件星載原子鐘,殊不知國際交流路面卻屢次受到限制。這也堅定不移了北鬥人堅持不懈關鍵技術自主可控的信心,在我國機構了3家企業另外下手科技攻關,總算攻破此項核心技術!讓中國星上配用了「中國鍾」。

星載原子鐘就好似一塊「腕錶」,為衛星導航欄客戶出示精準的時間數據服務,高精密的時間標準技術性是衛星導航系統最關鍵的技術性,立即決策著系統軟體精密度,對全部工程項目成功與失敗起著關鍵性功效,其必要性好似人的大腦。

楊長風說,星載原子鐘的精密度通俗化指標值是十萬年差一秒,而北鬥三號衛星配用的星載原子鐘精密度做到了三百萬年差一秒。

2007年4月14日,所有完成檢測提前準備恰當的北鬥二號系統軟體第一架衛星取得成功發送。4月16日晚,在間距頻率無效僅有不上4鐘頭的最終緊要關頭,路面收到了這顆衛星傳出的數據信號並獲得了國際電聯的官方網評定,挽救了中國不斷發展趨勢北鬥系統軟體的合理合法室內空間部位和頻率資源。

「北鬥三號系統軟體較大 的挑戰則是完成星間連結。」楊長風詳細介紹說。國防科大、中國研究院、中國空間技術研究所各自機構團隊科技攻關。2015年3月,由中國科學院細微衛星自主創新研究所研製開發配用星間連結的衛星發射成功,同一年8月,由中國空間技術研究所研製開發的二顆北鬥三號實驗衛星取得成功在軌創建星間連結。

星間連結是北鬥全世界組網方案基本建設的重要。「另外,星間連結也提升 了精度等級。」楊長風說。

促進北鬥運用

2020年6月23日早上,北鬥三號最終一顆組網方案衛星在西昌衛星發送管理中心取得成功起飛。到此,北鬥三號系統軟體全世界十二星座布署順利完成。

北鬥三號系統軟體的30顆衛星包含24顆中圓地球軌道衛星、3顆歪斜地球上同步軌道衛星和3顆地球上靜止不動路軌衛星。

與北鬥二號對比,北鬥三號系統軟體的服務項目特性進一步提高。在全世界範疇內,北鬥三號衛星遍布更加勻稱,全世界隨意地區隨意時刻由此可見衛星8顆之上,且十二星座易用性做到100%。北鬥三號系統軟體在出示基礎導航定位校時服務項目的基本上,還出示了國際性救援、星基提高、精細點射精準定位、路基提高、地區大空間短報文格式、全世界短報文格式等特色服務。

「北鬥系統軟體的短報文格式服務項目是海外別的一切一個全世界衛星導航系統也不具有的。」楊長風詳細介紹說,特別是在受災地區通訊中斷、電力工程終斷的緊急狀況下,能夠應用衛星數據信號傳送信息內容,完成通訊和精準定位。

2008年汶川大地震,開啟受災地區老百姓第一條應急車道的援救軍隊就運用北鬥短報文格式提升了通訊盲區,向外部通告了自然災害,供總指揮部立即做出管理決策。

北鬥系統軟體的產業發展規劃也完成了天翻地覆的轉變。據統計,2020年上半年度申請辦理入網許可證適用北鬥精準定位的智能機做到80%,中國北鬥終端設備社會發展擁有量從2012年的23億元臺/套激增到2019年的超出7億臺/套。

2019年中國衛星導航欄與手機定位服務產業鏈整體年產值達3450億人民幣,北鬥相關產品早已出入口120多個國家和地區,向億級之上客戶出示服務項目。伴隨著「北鬥+」和「+北鬥」運用的大力開展,北鬥系統軟體綜合性經濟效益將更為明顯。

「建好北鬥系統軟體是大家的初心使命,用好北鬥系統軟體則是大家的鍥而不捨追求完美。」這也是楊長風一直以來積極主動促進的工作中。「北鬥系統軟體做為全世界最優秀的全世界衛星導航系統,它的運用只受人們想像力的限定。」楊長風舉例說明詳細介紹,現階段在我國根據北鬥系統軟體完工了世界最大的車聯網平臺,已有近700萬輛的路面營運車輛安裝了北鬥終端設備。服務平臺服務項目至今,中國交通運輸特重大安全事故產生起數和身亡下落不明總數降低50%之上。

2020年11月底,在由廣東市人民政府、國家發展和改革創新聯合會、科學技術部、工業生產和信息化管理部相互舉辦的2020年全球5G 交流會上,楊長風在中心思想演說中表明,「根據北鬥和5G 互相賦能,將合理提升單一系統軟體的局限,完成室內室外無縫拼接定位導航,將高精密服務項目從戶外拓展到房間內、別墅地下室等遮掩室內空間」,「將來高精密位置信息會像水、電和網際網路技術一樣深層次服務項目群眾日常生活。」

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