现在咱们随手打开手机导航,分分钟就能得到米级精度的定位,出门打车骑共享全靠它,早就习以为常了。谁能想到,北斗刚起步的时候,差点栽在一场看不见硝烟的暗战里,几十亿投入差点打水漂,连好不容易争取来的频率资源都要保不住。就在所有人都一筹莫展的时候,一个三十出头的年轻人站了出来,接下了这个没人敢碰的硬骨头。
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时间拉回2007年,那一年北斗二号的首颗试验星要发射,这可不是普通的发射任务。早在2000年,国际电信联盟就给中国划出了导航专用的频段,规则说的很清楚,七年之内没把卫星打上去占住频率,这个资源就得重新分配给别人。2007年4月就是最后的截止日期,这一步只能成不能败。
4月14日凌晨,火箭带着卫星顺利升空,稳稳把卫星送到了预定轨道。所有人都准备松一口气,结果地面刚一开测信号,所有人的心都提到了嗓子眼。北斗信号频段附近,居然冒出来了大功率宽频谱的电磁杂波,指令上行成功率直接暴跌,一半以上的信号全被淹没在了噪声里。
多轮测算下来,结论很明确,这根本不是什么自然噪声,就是有人故意搞的针对性强电磁干扰。说白了就是不想中国拥有自己的自主导航系统,趁着首星刚入轨的节点搞小动作,想把咱们北斗掐死在摇篮里。
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北斗卫星离地面差不多两万公里,信号长途跋涉过来本来就衰减得差不多了,再叠加上这么强的人为噪声,接收端要找出有用信号,就像在热闹的菜市场里听别人说悄悄话,难比登天。更头疼的是想找干扰源都找不到,地面本身各种各样的电磁信号就多,干扰源还能间歇发射,靠反射改变路径,根本追不到根。
当时北斗工程的总设计师孙家栋院士,在会上直接把话挑明了。三个月要是解决不了问题,稳住不了频段,之前投进去的几十亿就全打了水漂,咱们的专属频率就得拱手让人,整个北斗组网都要往后拖好几年。这么大的压力摆在那儿,敢接这个活的团队没几个。
这时候才三十多岁的王飞雪站了出来,当场立下了军令状,带着国防科技大学的北斗团队接下了三个月出成果的死任务。王飞雪从1995年读博士的时候就参与了北斗一号的核心技术攻关,之后还带队解决过接收机快速捕获的问题,对北斗的技术脉络门清,接这个活不是一时冲动,是真有底气。
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卫星已经入轨了,重量功耗结构这些参数全都改不了,动任何地方都可能出大问题。团队干脆把主攻方向放在了地面信号处理的算法和硬件优化上,说白了就是教接收系统怎么分清“自己人”和干扰。核心思路就是做一个高效的抗干扰处理方案,用最少的资源开销,把北斗自己的信号从杂波里筛出来,把恶意干扰挡在外面。
定好方向之后,整个团队直接扎进了实验室。根据公开的记录,那段时间实验室的灯几乎就没灭过,仿真、做原型样机、外场测试连轴转,前前后后方案迭代了快一万次。方案从三个不同层面同时入手优化,让整个链路的抗干扰能力实现了叠加提升。
让人没想到的是,约定的三个月还没到,团队就把成果摆到了评审桌上。测试出来的数据让专家反复核对了好几遍,新方案的抗干扰性能比原来的设计提高了差不多1000倍,相当于原来一层薄纱一样的干扰门槛,直接变成了一堵厚墙。之前能把北斗信号完全压制住的强干扰,在新方案面前几乎失去了作用。
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孙家栋院士事后评价,这次攻关是北斗二号能在轨道上站住脚的关键一步。频率保住了,后续二十多颗组网卫星的发射节奏完全没被耽误,整个北斗工程按原计划推进了下去。2012年底,北斗二号系统正式给亚太地区提供服务,到2020年,北斗三号最后一颗组网卫星顺利入轨,全球卫星导航系统正式建成开通。
我们也成了继美国俄罗斯之后,第三个拥有独立自主全球卫星导航能力的国家。这背后的功劳,王飞雪团队绝对算重要的一笔。但这群人没躺在功劳簿上休息,这么多年一直围绕抗干扰、精密授时这些核心技术持续更新迭代,不断提高北斗的信号质量和安全等级。
王飞雪本人也拿过国家科技进步奖特等奖、何梁何利奖这些重量级荣誉,这么多年一直活跃在北斗核心攻关的第一线,从来没退过场。发展到今天,北斗早就不是藏在航天工程里的高端技术了,早就渗透进了咱们日常生活的方方面面。
根据官方发布的报告,现在北斗已经服务全球两百多个国家和地区,用户数量达到了十亿量级。国内新出厂的智能手机,绝大多数都支持北斗定位,从交通电力到农业渔业,从应急救援到共享出行,北斗早就成了离不开的基础设施。
咱们平时打车骑单车看到的定位圆点,农业里自动驾驶农机按厘米级航线播种,港口塔吊靠北斗自动装卸,这些场景背后全都是北斗在撑着。近几年北斗的产业规模稳定在几千亿级别,从上游的芯片到下游的终端应用,整个产业链越来越完善,还在不断发射新一代的备份卫星,为下一代北斗系统积累在轨验证经验。
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回头看2007年那场压得所有人喘不过气的电磁较量,真的是差一点就改写了整个北斗的进程。要是当时没人能顶上去破局,后来我们能用到这么好用的自主导航,还不知道要等多少年。核心技术捏在自己手里这句话,从来都不是一句空话,都是这样一场场看不见硝烟的较量里,靠一群科研人员啃硬骨头啃出来的。
参考资料:人民日报 《新时代的中国北斗》
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