120多個國家開始使用北斗系統，中國的北斗也是世界的北斗_風聞

　　説起北斗，總有人問，北斗到底在哪兒？怎麼用？

　　其實，北斗就在我們的身邊，也服務於我們生活的方方面面。

　　吃飯這件事就跟北斗有關係。北斗在智能農業系統、自動農機系統當中的應用非常廣泛，也許你早上吃的饅頭或麪包，就是無人駕駛收割機收割的小麥做成的。

　　無人駕駛收割機收割小麥

　　哈囉在去年3月底先後發佈了新款共享單車“雲行”和新款共享助力車“雲起”，這兩款車型均接入北斗定位服務，可以向騎車人精準報告位置。

　　即使在高架橋下、樓宇間、樹蔭下等信號遮擋的地方，共享單車的定位也不會出現“漂移”。

　　北斗高精度定位可幫助用户更準確、便捷地找車用車

　　坐公交也跟北斗有關係。上海就將北斗衞星導航的高精度融合在地面公交領域，可以使公交實時預報準確率達到95%……

　　“北斗的應用只受人類想象力的限制”，未來，它將會走進更多與人們生活息息相關的各個領域。

　　馮文婧

　　中國空間技術研究院通信與導航衞星總體部 

　　衞星總體主任設計師

　　回溯我與北斗的緣分，要從十年前那個夏天開始。

　　2010年我從哈工大畢業，來到航天五院工作。在來的出租車上，司機以為我是做載人航天或者嫦娥的，很熱情地跟我聊了好久。當得知我是來做北斗的，他當時就反問，為什麼要建北斗？GPS不是挺好用的嗎？

　　面對這種靈魂拷問，以我當時的技術儲備，除了説這是國家戰略需要之外，也想不出更好的回答了。但也是從那時候起，我暗自下決心，一定要做好北斗。

　　別人“碼農”我“碼數”？

　　剛開始，我主要負責衞星遙測遙控總體設計工作。

　　當時正值北斗二號研製任務的高峯期，我先後接手處理了累計五顆星上萬個遙測數據。簡單來説，我每天對着電腦收集整理、分析數據，並形成一份份上百頁的報告。

　　工作量繁重且枯燥乏味，時間久了，我開始產生了自我懷疑，這跟我大學學的專業有什麼關係，這跟偉大的北斗工程又有什麼關係？

　　別人碼農我碼數

　　當時還被大學同學打趣，幹互聯網的被稱為碼農就算了，沒想到幹航天的也要做一些碼數的工作。那時，我的心裏有很大落差，覺得自己的工作微不足道，直到一次衞星飛控任務。

　　太陽翼展開指令執行之後，衞星如期發射，然而遙測顯示，太陽翼沒有完全展開，四個1的鎖定狀態只出現了三個。衞星在天上，除了遙測，沒有人看得到太陽翼到底怎麼了。

　　現場變得異常安靜，所有人的目光都投向了我們遙測崗，壓力可想而知。當時我腦海中閃現了很多種可能：遙測解析錯了？遙側校準電壓有問題？測控鏈路出現了異常？再或者真的是太陽翼發生了問題？

　　憑藉着這一年多來一直在接觸這些數據所積累的經驗，我很快排除了是遙測解析錯誤本身的可能性，轉移了問題排查的方向。

　　太陽翼展開會對衞星的姿態產生擾動，所以緊接着我們又對衞星姿態****角速度遙測變化情況進行了快速的判斷，並且將它與以往多顆衞星相同事件下遙測變化情況進行比對、分析和計算，最終給出“太陽翼已經展開到位”的結論，並在第一時間彙報給了飛控隊長,飛行程序才得以繼續進行。

　　後面太陽帆板慢慢地對日定向，太陽翼的温度遙測、電流遙測穩步地增加，這也進一步證明了我們之前的結論是正確的。

　　這件事情對我的感觸非常深，**原來我的工作不只是碼數這麼簡單，它的精髓在於挖掘衞星狀態背後遙測與遙測間的關聯。**每一個遙測的存在並不孤立，找到它的好朋友才能讓我們更好地為衞星看診把脈。

　　為衞星看診把脈

　　自主創新，搭建北斗天網

　　北斗二號收官之後，我轉戰到了北斗三號的研製建設。不同於北斗二號，北斗三號採用了全新的綜合電子架構，它將以往多台單機的功能進行了高效的整合，成為了整星的最強大腦。

　　舉例來説，導航衞星最大的任務就是要提供連續的、穩定的導航信號，這就要求衞星信號不能中斷，或者説出現中斷的次數要儘可能的少，出現中斷的間隔要儘可能的短。

　　北斗三號採用了全新的綜合電子架構，成了整星的最強大腦

　　但是衞星系統也是由眾多的電子器件組裝起來的，就像我們的手機、pad、電腦一樣，甚至比這些電子產品用到的電子器件要多得多，所以説要想讓衞星不中斷地提供連續的服務還是很有挑戰的，尤其是在複雜的空間環境之下。

　　為此，我們一方面自主研發了大量的核心的國產化元器件來保障並提高元器件的固有可靠性；另一方面，作為綜合電子總體設計師，我們也要不斷地、深入地去和各分系統溝通學習，來掌握各分系統的功能組成、工作流程以及信息處理的邏輯。

　　最終，我們從在軌服務連續性、在軌安全保障性等方面提出了100多項自主健康管理功能，大到衞星工作模式、控制模式的自主管理、整星時間系統的自主管理，小到任意一台單機、任意一個電子器件的自主故障檢測及快速恢復，來規避任意單點失效所帶來的系統中斷的風險。

　　除此之外，我們的研究團隊還在太空中**創造性地搭建了一套北斗天網，只要有一顆衞星在中國的領空，那麼其他衞星都可以通過它和地面站取得聯繫，**即使在沒有地面站支持的情況下，整個星座系統也可以支持一定時間內的在軌自主運行。

　　星間鏈路技術

　　兩年半，30顆衞星彈無虛發

　　2017年開始，我更多地參與到衞星的總體設計以及全週期研製過程中，從單機組批生產到整星組裝測試，再到衞星發射飛控、在軌服務保障等。

　　北斗工程涉及到整個星座的系統技術以及整個網絡的星座產品，這也同時增加了系統設計以及地面試驗驗證的複雜性。在完成了傳統的單站單星單鏈路接口驗證之後，一個新的問題擺在了我們的面前：

　　多星系統星間網絡協議怎麼驗證？基於星間鏈路的全球位置報告等服務又怎麼驗證？

　　建設地面版“北斗系統”，建設地面空間段系統

　　為了解決這些問題，我們共同搭建了一套北斗地面試驗驗證系統。它相當於一套地面版的北斗系統，可以支持天地任意場景、任意業務功能的狀態模擬及試驗驗證需求。

　　要在地面建設如此大規模的地面空間段系統，沒有以往的經驗可以借鑑。

　　一方面我們要能夠具備模擬天上三種軌道不同種類衞星的功能的狀態和30顆衞星的模擬規模；另一方面，**整個系統的研製成本還不及天上一顆衞星研製成本的1/10，而且研製週期也只有僅僅不到一年的時間，**這對我們來説是一項非常大的挑戰。

　　我們團隊經過了多輪的系統論證和技術攻關，最終設計並實現了基於三種狀態模擬器組成的地面空間段系統，解決了多星多業務模擬驗證技術以及多頻點抗干擾技術等問題，北斗地面空間段系統按期投入到了地面試驗驗證工作。

　　**一顆衞星從開始組裝到最終具備出廠發射條件大概需要十個月左右的時間，**就像懷胎十月的胎兒，要經過不同階段的各種檢測檢查，才能確保最終平平安安地出生、健健康康地成長。

　　而要在三年內完成30顆衞星發射的目標，這聽上去幾乎是不可能完成的任務。

　　在這個過程當中，我們的團隊探索出了一條批廠衞星研製管理的新模式，優化了研製流程，也大幅提高了工作效率，但即便是這樣，加班加點、長期出差仍然是我們的工作常態。

　　即使時間如此緊張，我們從來沒有放鬆過對北斗的高質量、高要求、高標準。“一納秒也不放過”、“堅決更換有微小誤差的蓄電池”、“首次從太空視角展現北斗衞星帆板展開”的華麗過程，相比於三個月前剛剛發射的同類衞星足足提前了30分鐘。

　　最終兩年半時間，30顆衞星成功發射。

　　兩年半，30顆衞星，成功發射，彈無虛發

　　如今北斗三號已經完成全球組網，正式提供服務。相比北斗二號，它增加了精密單點定位、星基增強、大容量短報文通信、全球位置報告以及國際搜救等業務，可以説是當今世界上功能最多的全球導航系統。

　　在軌服務性能相比北斗二號也有了顯著的提升，經過測試，全球範圍內的定位精度實測結果在五米左右，而亞太地區實測結果在兩米左右甚至更優。

　　北斗正在融入我們的日常生活

　　星空佈陣的同時，北斗系統也正在逐步融入到我們的社會生活當中。新冠疫情防控工作當中，北斗高精度測量設備火線支援武漢火神山、雷神山等，在醫院建設工作發揮了重要作用。

　　首次以北斗數據為主開展珠峯高程測量工作

　　五月，中國的珠峯測量登山隊第三次成功登頂世界海拔最高的珠穆朗瑪峯，這是首次以北斗數據為主開展的珠峯高程測量工作，意義非常重大。

　　我還看過一篇報道，某知名國產品牌手機的設計師介紹，他們在對手機進行測試的時候一共接收到85顆全球導航衞星信號，其中35顆是來自於我們北斗二號和北斗三號衞星，而且他們在自主研發的手機芯片當中，已經將北斗和GPS採用了同等優先級，甚至將北斗採用了更高優先級的使用策略來提高手機的定位精度和定位速度。

　　北斗在人們的日常生活中越來越重要

　　北斗的地位正在不斷提升，目前全世界已經有超過120多個國家開始使用北斗系統。

　　26年前的銀河號事件，23年前的台海危機，我們始終不會忘記，當今世界技術實力與科技創新的重要性毋庸置疑。

　　未來，我們只有不斷地堅持科技創新，才能在通往未來的道路上繼續乘風波浪，擁抱星辰大海。

　　本演講整理自馮文婧在2020年9月在中國航天大會“青聚閔江”青年科學家論壇上的演講。

　　主辦方：中國宇航學會、福州大學