專訪劉經南院士: 全球四大衞星導航系統裏，中國北斗最好_風聞

人無我有，相較於同類產品，北斗除了有定位系統標配的基礎功能之外，還能在衞星之間通信、互相測距，並支持覆蓋全球的星地雙向通信

文 | 施智梁 李金津

編輯 | 李皙寅

劉經南行色匆匆，九月下旬剛獲得了行業協會授予的衞星導航定位終身成就獎，就從鄭州趕回武漢，參加了電動汽車百人會舉辦的中國新能源汽車發展高層論壇。在智能化領域發展得如火如荼的汽車工業，離不開高精地圖和衞星導航定位。

▲ 受訪者供圖

在出行一客（ID：carcaijing）面前的這位七旬老者，是武漢大學教授，曾任武漢大學校長和崑山杜克大學校長、國家“973計劃”顧問組專家。現任國家衞星定位系統工程技術研究中心主任。1999年，他當選為中國工程院院士，是中國在全球衞星導航系統(GNSS)技術應用和工程領域的學科帶頭人，也是中國衞星導航定位工程應用領域的開拓者。

在業內看來，同類產品中，北斗更有優勢，不僅擁有導航、定位、授時這三個所有定位系統都有的基礎性功能，還在所有天上衞星之間，有通信和相互測距功能，以及覆蓋全球的星地雙向通信短報文。相對於GPS等其他三大衞星導航系統可謂是獨領風騷。據劉經南介紹稱，北斗已在中國逐步替代GPS發揮作用，在國際上也已在一百多個國家推廣應用。比如用在手機、電子導航地圖和一帶一路國家的貨運監管等方面。

劉經南認為時空智能是所有動物特別是人類智能和智慧的核心智能。人類認識方位、認識距離、認識時間，並將三者融為一體。《周易》裏面第一句話“觀乎天文，以察時變；觀乎人文，以化成天下”正是體現了人類的時空認知活動對人類文明進化的作用。

這一概念與普通人的生活並不遙遠，伴隨空間時間的越發精準，將在科學、醫療、工業控制等領域上引起巨大變化甚至是顛覆性變化，如：遠程外科手術，跨國工業數字化生產遠程控制都將逐漸走入現實。

商業航天正逐漸變得更有競爭力與創新力，可被視作國家戰略級的科技力量之一。對此，劉經南認為，要推進商業航天發展，就要充分利用民間資源，才有希望做出有競爭力的創新產品，推動戰略科技力量的發展。

以下是出行一客（ID：carcaijing）在論壇間隙對劉經南院士做的專訪，略有刪節。

熱度漸起，北斗的產業化之路

▲ 受訪者供圖

出行一客（ID：carcaijing）：投資界對您這樣的業內大咖關注逐漸升温，您有這樣的感覺嗎？

劉經南：有這種現象。雖然我不太瞭解商業，但瞭解國家間科技實力競爭情況。我們搞科技的和搞高技術產業化的對商業長遠競爭力提升領域認知較為超前，在商業投資方向敏感性上有一定影響，因此投資部門經常來聯繫我們，包括國內的私募、公募基金，有些重點企業領導人還會專程帶着專題來學校尋求交流。

出行一客（ID：carcaijing）：他們現在最感興趣的是什麼？

劉經南：找我諮詢主要就是北斗產業及可應用北斗技術的產業方面的需求情況。他們最近興趣點集中在汽車行業。當然，在汽車領域，北斗未來不管是汽車本身，還是相關基建，如道路、5G+北斗、車聯網、交管等都需要精準的位置、時間信息。目前，世界上同時提供精準時間、精準位置技術的，只有北斗（中國）、GPS（美國）、伽利略（歐盟）這樣的衞星導航定位系統。而我在國內比較早投身於此。

出行一客（ID：carcaijing）：北斗產業化是國家“十四五”規劃中明確提出的方向，目前北斗產業化方面有怎樣的特點？未來還有什麼空間？

劉經南：好問題。北斗的產業鏈比較長，從技術角度講芯片是基礎，芯片能做成接收機，接收機就可以用到各行各業，不光是工業領域，包括社會服務領域、政府管理領域，都需要時空信息的產品。與此相關的還有地圖，現在導航電子地圖，未來的自動駕駛、智能駕駛、高精地圖，地圖本身就是一個很大的產業，採集道路信息要按照一定的標準把它製作成普通人能看懂的，甚至還要機器看懂的產品。雖然各行各業需求不同，但基於北斗終端和應用還需要有各行業的應用軟件，軟硬件結合能夠滿足各業態的需求。

北斗未來發展空間其實很廣泛，因為北斗所能提供的的時間、空間信息可以説是人類生存最基本的信息，人類的活動離不開空間和時間。人類最早認識外界的技術和知識就是空間、時間，行走去找資源，找吃的，找水喝，那就要知道水在哪裏，能吃的東西在哪裏，就要行。通過行來解決位置、定位，什麼時間，到哪裏，能夠到哪裏，不僅是人，動物也是如此。在信息時代，我們需要高技術幫助獲取更加快速更加精確的時空位置信息，來滿足人們對物質、能量及其信息的需求。例如：北斗與新型基礎設施融合構成融合型基礎設施，有北斗+5G、北斗+物聯網、北斗+工業互聯網、北斗+電力網、北斗+油汽輸送網、北斗+算力網等等，即北斗系統賦能新型基礎設施精準時空位置服務能力。這些融合型基礎設施建立相應服務平台，給相關行業和領域提供多種時空位置需求的服務，使其服務更加精準，更加便捷，更加智能和智慧。可以説，空間只受人類想象力的限制。

出行一客（ID：carcaijing）：尤其想問一下導航方面，北斗在導航方面和GPS相比如何？美國能不能卡我們的脖子？

劉經南：我們在全球的一些地方對北斗定位導航的精度進行了測試，得到如下認識：北斗功能多於其餘三大衞星定位導航系統，包括俄羅斯的GLONASS、歐盟的伽利略、美國的GPS。北斗不僅擁有導航、定位、授時這三個所有定位系統都有的基礎性功能，還在星間通信和測距方面優於GPS。北斗能實現從衞星到終端和從終端到衞星的雙向通信，這一功能四大衞星導航系統中只有北斗系統具備。華為Mate50就從技術上研發出了可以跟北斗衞星通信發短報文的手機。不過目前受限於中國的法規政策，為保障衞星安全，直接跟北斗衞星實現雙向短報文通信需有資質或授權。目前此種服務權限握在特定組織手中，尚未普及整體商業市場。另外，北斗還具備人員搜救功能。一種是按國際搜救組織標準要求，受困人員藉助北斗搜救設備發送求助信息，國際搜救組織組建搜救，並利用北斗雙向通信功能對受困人員進行回應。待救援的受困者收到回應後可知道搜救者大概的到達時間，可心安自救、暫時關機省電、等待救援，在約定時間再重新開機發送受困位置被及時捕捉，實現救援，這就是雙向通信功能的意義之一。

關於美國能否卡我們的脖子，其實這四大系統在聯合國簽約後被認為是人類共享的公共基礎設施，在民用方面不可侵犯，更不可故意或惡意干擾破壞，否則違反國際公法。四大全球衞星導航供應商也就保障民用簽了協議，允許各自信號兼容互操作，極大保障了時空位置基礎性民用服務惠及除軍事等受限領域外的全球市場。在以能源、交通、網絡代表的特殊領域裏，中國一定也是以北斗獨立收到的信號為主，實現自主可控的導航定位，這有助於防止他國對中國發展的掣肘，因此一般情況下他國卡不了我們的脖子。但若買國外的芯片製成的接收終端，就會存在一定的風險。

出行一客（ID：carcaijing）：北斗在多大程度上能替代GPS的全球市場份額？

劉經南：當前，GPS在全球市場份額的佔比已達90%以上，地位不可小覷。但北斗在中國諸多市場上正慢慢滲透、替代GPS發揮作用。在與公眾利益和國家安全相關的領域，如交通、金融、電力、能源、通信、地圖測繪、政府管理等，國家政策規定：必須採用北斗時空基準，必須用自主可控的北斗芯片、接收機和軟件；在大眾市場、如手機、汽車市場等等，可以由用户自主選擇，但手機和車輛的移動位置數據，涉及隱私和公共利益，只許落地存儲在中國網絡的本地服務器中，未經許可，不得與國外機構共享。因此，我認為，隨着時間的推移，幾年之後，國內市場份額，北斗系統佔比會高於90%。國際市場份額，隨着北斗的技術和功能、產品質量和價格優勢及服務優勢的提升，佔比也會越來越高。

出行一客（ID：carcaijing）：我們怎麼知道我們用了北斗？

劉經南：因為導航電子地圖作為公共商品，目前對大眾用户還不會顯示導航基於北斗或是GPS系統的原始信息來源，只有專業用户知道如何提取和分析手機中北斗和GPS的數據。對於行業用户接收機和大眾手機來説，專業技術人員可以通過圖商等APP實現數據溯源，或者依照接收機或手機的技術維護手冊的專業提示，獲取衞星觀測數據，知悉是由GPS還是北斗提供的，亦或是由它們同時提供的。

出行一客（ID：carcaijing）：怎麼看美國現在的商業航天，我不是説國家那種意義上的備戰競賽，而是指商業航天民用方面的應用。從我們兩個國家的商業航天角度，您覺得我們應該怎麼構建自己的商業航天競爭力？

劉經南：這是最近深受關注的國際熱點問題。在俄烏衝突中，美國的商業航天為美方支持的烏方提供了大量的信息，使得烏克蘭的軍隊超過了俄羅斯軍隊的信息化程度。具體支持主要體現在兩個方面，一是美國很多高科技的遙感商業航天公司，如谷歌(Google)、麥克薩(Maxar)等為烏方提供了高清晰遙感影像，使戰場態勢與變化情況呈現清晰；二是以SpaceX公司高安全性的星鏈衞星為烏克蘭提供野戰通信能力。與此相反，俄羅斯仍採用大兵團作戰的老式方法，這種方式存在暴露性高等致命缺陷。而美方的遙感衞星技術與星鏈衞星技術，都是源自商業領域，即民間行為。因此，還不好對它採取反擊措施。

中國的商業航天於2014年起步，並獲國家政策支持，由此取得了快速的發展。我們的起步比美國晚，美國的起步在80年代初，而且，美國航天發展本身就全是商業化的，儘管在發展過程中有過國家計劃的輔助，但都是由私營商業公司運營。如波音和洛克希德·馬丁兩家商業公司，是美國國家航天的兩大主力，它們不僅從事飛機的研造，也探索火箭和多類衞星事業的發展。誠然，美國航天事業的發展也離不開外部環境的促進，如蘇美冷戰時期美方的星球大戰計劃等的刺激，但不得不承認，美國的商業航天如今仍有全球引領性優勢。譬如美國國家層面想做的多次往返可回收型火箭，SpaceX公司的一枚獵鷹9可以往返十幾次，最近成功發射的是第14次，還要進行第15次發射。火箭大到能承載60顆衞星，分很多格子，按照不同的軌道發送出去，還有火箭回收，推動了太空旅遊，裝了七八個人，到美國空間站上去體會失重的感覺。

對此，我們也有一些反思，中國也要推進商業航天發展，只有充分利用民間的資源，如資金、技術、場所等，羣策羣力，我們才有希望做出便宜的有市場競爭力的創新產品，從而進一步推動中國國家航天的發展。習近平總書記在十九大上提出，“將來大國之間的競爭核心是戰略科技力量的競爭。”而強化國家戰略科技力量的觀點在2021年院士大會上習總書記再次提到，體現出戰略科技發展對中國發展的極端重要性。

戰略科技力量不僅包括國家實驗室、國家科學院此類國家科學技術研究中心，還包括985研究型大學、富有國際競爭力的龍頭科技企業等，如華為、小米等。我深信中國商業航天領域再經一定時間跨度的發展，也將極富競爭力與創新力，所以它也應該是國家的戰略科技力量中不應或缺的一支。

做時空智能的先驅者

▲ 受訪者供圖

出行一客（ID：carcaijing）：如何理解時空智能，現在的發展到什麼階段，合適用在哪裏？

劉經南：這個問題很專業。從物理學角度理解，空間智能就是指找地方的能力。時間和空間不可分割，如“速度是每小時多少公里”中的“公里”就是指空間距離，“每秒鐘轉多少角度”中的“角度”也是空間方位的概念。

時空智能是人類智慧的生動體現。人類認識方位、認識距離、認識時間，並將三者融為一體。《周易》裏面第一句話“觀乎天文，以察時變；觀乎人文，以化成天下”正是體現出人類的時空認知活動對人類文明進化的作用。人工智能發端於模仿、學習自然智能：特別是社羣性動物自然進化出來的智能。如：蜜蜂是分工很細的社羣性動物，它們覓食時，專職尋找蜜源的工蜂找到蜜源回到蜂巢後，為指引專職採蜜的工蜂同伴前往某個方向幾十公里遠的已知蜜源，常常會跳一種八字形舞，這個八字形中間兩個橢圓相切的方向線也是橢圓長軸方向，即蜜源的方位線，這個方位線的方位角是以當時太陽的方位為標準的，飛多遠的具體信息，隱含在找蜜源工蜂在方位線上屁股擺動的次數和橢圓長軸的長度中。採蜜工蜂理解了這個帶有蜜源時空位置信息的交流舞蹈就帶領新生的採蜜蜂飛往蜜源採蜜去了，而當採蜜歸來時，太陽已經轉過了一段方向，採蜜工蜂要能計算出太陽當前與出發時轉動了多少方位才能找回蜜源和蜂巢當前方向之間新的太陽方位關係，才能回到自己的蜂巢也就是把時空位置變化搞得很清楚。説明小蜜蜂為了生存，它們的幾何與物理還有天文都學的不錯哦！研究這個現象的幾位奧地利科學家，因為揭示了社羣動物蜜蜂的交流智能與時空位置智能與它們的數理邏輯、認知和學習智能的關係還獲得了1973年諾貝爾生物獎。

我比較早探索時空智能。自然科學家認為時間、空間不可分割，且可以相互轉化。在此基礎上，愛因斯坦引入與物質質量的關係，並從理論上證實了三者的關係：在物質萬有引力的基礎上，他提出：存在引力的時空不是牛頓和我們常識所認為的時空是平直的，物質引力越大會將時空拉得越彎曲，從而改變了空間和時間的原有長度。如：在太陽周圍，由於它質量比地球大得多得多，那裏的時空間彎曲比地球要大得多，光線在彎曲空間裏走的最短路線就不再是直線，這是時間、空間扭成一體的概念。而我們研究這個概念，是基於時間和空間是人類生存的基礎。所有的信息都是通過時間、空間來表現的，而光就是表示時空統一的量：光的波長是空間量、振動頻率是時間量。光本身既可以表述為每秒鐘多少米，也可以表述一個波長是多長或一秒鐘振動頻率是多少，波長乘上頻率就得到了光速。光速是個常數，不同物質發出不同波長和頻率的光，光的顏色取決於它的波長、頻率。而物質的性質之一是顏色，就可通過物質發出光的波長和頻率來認知。比如鐵是紅色的，而把鈉鹽放到火上燒發出的是黃光。因為納氧化燃燒時發的光的波長頻率對應黃色。這就是通過光的波長頻率這個時空量研究物質性質的原理。

研究生命體，研究化學，研究材料，研究物理，歸根結底是研究其物質結構與性質。時間、空間是研究物質能量信息最基本的方式，一是它們的存在和變化方式都是由時空表示的，過去我們不太關注物質的性質，而受益於現代科學的發展，以光信息中所攜帶時間、空間信息的質譜儀為研究物質的工具，物質對我們的利弊被逐漸挖掘，從而更好地服務於人類需求包括健康事業。

出行一客（ID：carcaijing）：現階段從時空智能概念的角度，您認為它最主要的落地應用，從應用角度上説主要就是體現在高精地圖？

劉經南：那不止，高精地圖只是其在交通汽車工具方面的應用，其將來在諸多領域都有很強的應用潛力。如在地面通信領域，當下5G技術只能保障毫秒級的用户級延時標準，如果“5G+北斗”順利落地，全球範圍內同一5G移動網絡任何節點之間信息傳輸的時間同步基準精準度將會達到納秒級，這樣精準的網絡基準時間就可以保障微秒級的用户延時，至少提高1000倍。將來5G移動網絡時空基準的精準度一經提高，在科學、醫療、工業控制上將帶來新變革。遠程指揮外科手術能更加精準、工業控制中的自動控制生產線也能更加精密。

現代製造業和其運營管控服務呈現全球分佈態勢，若要將散落在全球各地的產品生產環節運管服一體化發展，需要精準的全球時間和位置同步或協同控制。由此，時間、空間是將來高新技術提高經濟發展質量的一個最重要的新的抓手。

出行一客（ID：carcaijing）：咱們智能駕駛對安全的要求比較高，高精地圖和車載傳感器相比，哪個更能夠保證行駛安全？

劉經南：這兩者各有各的功能，缺一不可。高精地圖作為一個行車環境信息基底，承載基礎性兜底的功能：所有的信息雖獨立承擔自己的任務，但最後都表達在高精地圖上，通過它來實現來自車輛自身傳感器的信息、來自車聯網車路人協同的場景變化信息和來自車聯網雲服務器中的行車區段眾源信息等，都將通過高精地圖融合和協同，然後按車速車況和場景安全性的輕重緩急集中決策和調控，以實現安全、舒適、便捷的行車智能服務。車配傳感器觀察到的環境變化可能是實時的變化，而這個變化是通過與正在使用的高精地圖場景匹配後才能發現的，由高精地圖決策將捕捉到的變化及時上傳到雲上交互，也要通過路邊車聯網通信節點送到雲端，由雲端驗證確認後以羣發方式提供此新信息給其他用户，從而真正實現車路人的協同、車車協同以及車與人的協同交互，來實現道路行車的整體安全。如若路邊的限速、轉彎指示牌倒了，智能網聯汽車將此信息經由高精地圖匹配判斷，地圖將依據靜態信息座標即時調出彎道半徑等相關信息控制車輛，汽車將在規定地點自動採取降速、轉向等一連串控制指令。同時，高精地圖作為最終的基底型保證機制，能在傳感器或其他設備失能的情況下實現控制能力。從這個意義上講，高精地圖是一個不可或缺的自動駕駛的基礎設施。

自動駕駛的中國方案裏也有北斗

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出行一客（ID：carcaijing）：5G+北斗是技術融合，武漢有哪些具體的研究內容？

劉經南：“5G+北斗”是我在武漢最先提出來的，這在技術上是一個融合創新。5G與北斗同屬高新技術，兩者相互融合、彼此賦能。北斗將時空信息賦能給通信基礎設施，而通信基礎設施利用其高速傳輸特質，可以把北斗的信息傳得更快、傳的更好。時空關係是處理智能問題最重要的依據，什麼時間，什麼地點，解決什麼問題，這就是智能。什麼叫精準？空間、時間、位置的精準。兩者缺一不可，方能實現精準扶貧、精準醫療等對人類幸福產生裨益的舉措。

提到武漢，其實武漢很早就提出以搭建智能車輛測試場的方式促進智能汽車的發展和推廣應用，設計利用5G+北斗架構在武漢經開區做測試場，幾經疫情等多種波折，目前已正式開工。5G+北斗的概念推廣得很快，國內最早是移動、聯通等5G牌照公司入場，中國移動與我們合作於2018年就已經在全國做了4000多個5G+北斗的地基增強基準站，開展道路行車精準位置識別服務和道路災害的預測預警。此後，5G+北斗開始被應用於各個領域，鐵道要建自己的5G+北斗架構提升列車控制水平，公路也要做車聯網，以期實現車與路的協同、車與人的協同、車與車的協同。

出行一客（ID：carcaijing）：您是否認為只有利用高精地圖才能實現車路協同？

劉經南：在自動駕駛的幾種概念裏，最先被提出的是單車智能，由特斯拉的馬斯克首創。他説：我的自動駕駛車有兩個攝像機即可以代替人的眼睛，我的人工智能技術也很強，可完全實現單車智能。但特斯拉的自動駕駛車在美國、歐洲、中國出的事故出都很多，造成不少人員傷亡。單車智能對傳感器性能質量要求非常高，不僅價格高昂，由於外界環境因素的變化干擾，即使加上毫米波雷達、激光雷達或超聲波雷達等場景感知設備也還難以滿足安全剛需，超聲波只滿足近距離需求，激光雷達易受雨霧、煙霧干擾失效，毫米波雷達精度和可觀察距離受到限制，全配上也難以在各種場景下保證車輛安全。因此，即使在美國，現在人們也都主張應該加上車聯網，解決所謂V2X問題，即車、路、人與環境協同問題。

中國方案提出：不要把高昂負擔全放在車上，而是交給公共基礎設施，讓道路感知+5G+北斗成為路側感知體系，感知車輛運行也感知周邊的環境，並將這些信息彙總於雲上向用户發播。這樣，車聯網就像有“上帝之眼”一樣，及時向用户提供他們感知不到的信息，來支持其行車的主動安全。5G+北斗甚至能感知道路面上精準的氣象變化，依託此技術，我們對道路下雨邊界距離的預測誤差不超過兩三米，時間誤差不超過兩三分鐘，下雨量會精確到兩三個毫米，那就不會發生去年鄭州暴雨那樣的災難了。這種全方位、高精度的環境氣象預測，源自於北斗較強的感知大氣中水汽含量的能力：衞星數據含有每條電波射線彎直程度隨大氣中水汽含量多少和三維位置變化的關係，從而能精準預測預報氣象進而保障汽車行駛安全。這種路側基礎設施，減輕了車子的負擔，也就解決了用户的負擔，當然，這種北斗+5G精準氣象預測預報仍有許多難點需要我們去攻克。

（感謝高柯夫對專訪的大力支持與幫助）

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