專訪北鬥三號系統衛星總設計師：我們如何保障衛星的持續先進性？
2020-08-04 第一財經北鬥三號全球衛星導航已經正式向全球開通全系統服務。按照我國導航戰略需求，2035年還將建設更加泛在、更加融合、更加智能的綜合定位導航授時系統。
中科院微小衛星創新研究院副院長、北鬥三號系統衛星總設計師林寶軍8月3日接受第一財經記者電話採訪時表示：「下一代北鬥衛星不僅要滿足用戶的簡單需求，還要創造需求和引領需求。未來北鬥將不僅能為地球提供導航，還能面向深空，支持天文導航。」
林寶軍稱，北鬥工程設計之初打破了新技術不超過30%的慣例，新技術佔比超過70%，從而保障長壽命衛星的持續先進性。
「長板理論」保障衛星的持續先進性
林寶軍對第一財經記者表示，導航系統全產業鏈是一個2萬億元人民幣規模的市場，去年北鬥市場的產值已經達到3000多億元人民幣。隨著北鬥用戶規模進一步上升，未來成本降低是必然趨勢。
他還稱，我國的北鬥產業鏈已經從材料、晶片到終端單機，都實現了技術的自主可控。「我們用的龍芯CPU以及北鬥的作業系統，都是核心技術自主可控的。」林寶軍告訴第一財經記者，「北鬥的核心器部件已經實現了完全的國產化。」
位於上海張江的中科院微小衛星創新研究院，是北鬥衛星團隊中的主力軍。35顆包括試驗衛星在內的北鬥三號衛星中，有12顆是上海研製和發射，實現了眾多關鍵技術的突破與創新。林寶軍介紹稱，北鬥導航系統的定位精度指標在國際四大導航系統中處於領先，北鬥系統時頻精度更優、信號質量更好、用戶體驗更佳。
林寶軍還介紹，「星間鏈路」使得衛星觀測的PDOP值提高了10倍至30倍，測控覆蓋從30%提高到100%，導航能力再上臺階，北鬥三號實現了相當於美國GPS2到GPS3的跨越。
林寶軍告訴第一財經記者，技術攻關常常需要十年磨一劍，而衛星的壽命一般在10年至12年，這意味著到了衛星的「壽命末期」很難保持技術上的先進性。為了突破這一天花板，中科院北鬥導航衛星研製團隊採用不尋常的「長板理論」——硬體指標按最長的板來設計衛星，對導航衛星的配置進行前瞻性規劃，研製中做好保底準備，守住工程建設底線，並不斷用技術創新和軟體升級來補齊短板。
「如何保障衛星的持續先進性，是工程初期困擾我們很長時間的一個命題。」林寶軍說道，「為了解決這一難題，研發人員打破了以往新技術不超過30%的慣例，在配置上儘量進行前瞻性的規劃，新技術佔比甚至超過70%。」
以地面覆蓋為例，研發人員提出了「相控陣」這種國際上從未使用過的星間鏈路方案，實現了「一星通、星星通」。
「如今新技術不斷湧現、系統更新周期很快的情況下，這種做法更有利於提高系統的性能。」林寶軍說道，「在產品的研製過程中，我們採用符合客觀規律的創新技術，再加上成熟的工藝、充分的地面試驗，實現產品的快速定型。」
「衛星進入太空之後雖然無法變動硬體，但是我們把軟體做到天上後，也能通過天地間的通道，對軟體進行重構和在軌賦能，來持續改進產品性能，就像手機App軟體能升級更新一樣。」他對第一財經記者說道。
不過他表示，衛星發射到天上後，一般不需要經常更新軟體。「理論上軟體雖然都會有錯誤，但是這種錯誤發生的頻率不會很高，可能幾年出現一次。」林寶軍對第一財經記者表示，「另外衛星導航信號可能隨著技術的發展變得更好，定位的精度更高，這些都能通過天上在軌的計算機加以修改和重構信號體制，讓衛星在天上『有錯能改』、『自我修復』、『刷新功能』。」
融合時空謀共贏
所謂「天上建好，地上用好」，時空的融合才能謀求共贏。林寶軍告訴第一財經記者，中國過去很長一段時間都在關注「天上怎麼建」，未來更重要的任務是要搞清楚「地上怎麼用」。「天上建好了，相當於有了工具，就好像是定位的尺子有了，那麼接下來就是要學會怎麼去用這把刻度很精確的尺子，用得好它的精度可以達到釐米級。」林寶軍對第一財經記者表示。
林寶軍表示，目前北鬥晶片供應已經達到了億級規模，80%的智慧型手機都用上了北鬥導航。在全國各地的防汛減災工作中，北鬥綜合減災示範項目，發揮北鬥終端移動4G+短報文多網絡融合的通信保障優勢，開展災區災害信息報送。
此外，近日已經有時空智能服務企業啟動了業內首個高精度定位大規模路測，將在全國的高速公路和主要城市高速路開展算法驗證，標誌著北鬥高精度定位量產技術在智能駕駛領域大規模落地，為智能駕駛提供時空智能基礎設施的安全保障。
北鬥系統在融合應用方面也在不斷拓展新領域，在工業網際網路、物聯網、車聯網等新興應用領域，自動駕駛、自動泊車、自動物流等創新應用層出不窮，規模進一步擴大。目前數百萬輛計程車、公交車和卡車也都能夠接受北鬥信號，如交通運輸部建設運行的營運車輛動態監管系統，入網車輛已超過650萬輛。
7月31日，北鬥三號全球衛星導航系統建成並正式開通服務。當天，林寶軍為北鬥導航寫了一首藏頭詩：「自主鑄就北鬥星，創新擘畫玉汝成；開放彰顯乾宇志，融合時空謀共贏。」
他告訴第一財經記者：「從無到有，從區域到全球，北鬥衛星導航系統實現了真正的跨越式發展。這是我國第一個複雜網絡、高性能、又離老百姓最近的航天系統工程，我們一定要管好用好已經在軌的北鬥衛星，並為下一代導航衛星繼續奮戰。不僅要讓廣大用戶對北鬥用得放心，而且相信並喜歡北鬥。」
他表示，下一代北鬥衛星的發展將是由需求引領的，將會越來越關注創新應用，不僅是在室外指引方向，而且能結合5G等先進通訊技術實現室內精確導航，不僅能在海面提供導航定位和搜救服務，而且能深入到水下，不僅能為地球表面導航，而且會向地月系統延伸，最終成為能為深空探路引航的天文導航系統。
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