隨著無人駕駛、移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大行其道，智能時代已經(jīng)到來，人類對于時間與空間位置的需求，正逐漸從粗略走向精準(zhǔn)、從事后走向?qū)崟r、從靜態(tài)走向動態(tài)、從區(qū)域走向全球。

　　在這場智能化浪潮中，時空基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)變得愈發(fā)重要，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)面臨著新一輪的挑戰(zhàn)和變革。

　　“現(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)依靠地基增強技術(shù)已能實現(xiàn)實時厘米級和納秒級時間同步的高精度時空定位。而在廣闊的沒有移動通信的地區(qū)，我們也能通過星基增強技術(shù)實現(xiàn)亞米級甚至厘米級定位和相應(yīng)精度的時間同步。但這兩個技術(shù)單獨使用，都無法滿足‘智能時代’的無縫和連續(xù)可用的需求。” 中國工程院院士，武漢大學(xué)教授劉經(jīng)南表示，星基與地基增強技術(shù)的一體化、通信與導(dǎo)航功能的一體化才是“智能時代”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)方向。

　　作為現(xiàn)有系統(tǒng)的重要補充，打造具備導(dǎo)航+定位增強能力的低軌衛(wèi)星系統(tǒng)，將是衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)下一階段發(fā)展重點。如果在該項目上提前布局，中國完全有望打造起“高、中、低軌衛(wèi)星與地基增強系統(tǒng)相結(jié)合”的理想的時域和空域連續(xù)無縫的立體化時空基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)。

　　“那絕對是全球領(lǐng)先的事，整個行業(yè)的格局都會改變。” 劉經(jīng)南表示，目前技術(shù)方案都已基本成熟，關(guān)鍵就看布局速度，“誰做得早，誰的效果就好，就會更有發(fā)展?jié)摿Α?rdquo;

　　從這個角度上來看，中國企業(yè)正在與力推“星鏈計劃”的“馬斯克”們，在智能時代進行搶跑。

本期《高端訪談》嘉賓——劉經(jīng)南院士

　　智能時代需要高精定位基礎(chǔ)設(shè)施支持

　　“人有智能是因為有時間、空間的感知能力，然后依據(jù)需要作出決策，并實現(xiàn)在精確位置精準(zhǔn)的時刻對目標(biāo)、對象或事件實現(xiàn)調(diào)控。現(xiàn)在如果讓萬事萬物都具備精準(zhǔn)的時空定位告知能力和對變化了場景或狀態(tài)等進行適應(yīng)性調(diào)控，我們就使萬物具備了類人的智能，人類就進入一個智能時代。”劉經(jīng)南認為，無論是正在推進的“制造業(yè)2025”計劃還是“工業(yè)4.0”，都要求各類設(shè)備能在統(tǒng)一精準(zhǔn)時空下協(xié)同作業(yè)，或者能自適應(yīng)運行和調(diào)控。“未來工業(yè)智能運行和控制對時間精度的要求是納秒級的，對定位的要求可能達毫米級或更高。”

　　在這樣的一個智能時代，精準(zhǔn)定位技術(shù)必然要成為一個基礎(chǔ)設(shè)施，系統(tǒng)提升衛(wèi)星的定位、導(dǎo)航精度已成大勢所趨。

　　泰伯網(wǎng)：目前有哪些方法可以提高衛(wèi)星的定位精度?

　　劉經(jīng)南：提升定位精度的方式主要有兩種：一是增加用戶可觀測的衛(wèi)星數(shù)量，包括發(fā)射更多衛(wèi)星，或推進不同全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)間的兼容互操作，也相當(dāng)于增加了用戶可觀測衛(wèi)星的數(shù)量;另外一種就是發(fā)展地基或星基定位增強系統(tǒng)，地基增強可通過安裝有高精度衛(wèi)星定位接收機的地面基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)解算出用戶所接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的誤差修正信息，然后通過地面通信方式告知用戶來提高其定位精度，星基增強是通過衛(wèi)星播發(fā)上述修正信息讓用戶提高精度。

　　目前，地基增強系統(tǒng)技術(shù)已較為成熟，但也存在數(shù)據(jù)播發(fā)依賴地面現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的問題。為破解這一方式的不利和局限，業(yè)界就發(fā)展了星基增強系統(tǒng)，與地基增強系統(tǒng)進行協(xié)同使用。

　　泰伯網(wǎng)：目前的星基增強技術(shù)是否已經(jīng)成熟?

　　劉經(jīng)南：星基增強技術(shù)分為幾種，比如北斗二代系統(tǒng)正在通過已有的三顆地球同步靜止衛(wèi)星(GEO)播發(fā)廣域差分誤差修正信號方法提供米級(部分區(qū)域亞米級)定位服務(wù)，這本身也算一種星基增強。類似的還有美國的WAAS系統(tǒng)更是發(fā)展多年?？梢哉f米級、亞米級水平的星基增強技術(shù)已較為成熟了。

　　但厘米級定位精度的星基增強技術(shù)目前還不算很成熟，目前也有幾個利用少許通信衛(wèi)星播發(fā)誤差修正信號的星基增強商用系統(tǒng)。但是，一方面通信費用價格高昂，另一方面還未完全解決信號遮擋的脆弱性問題，還有初始定位收斂時間長的問題，所以一直主要用在部分大型工程領(lǐng)域，如沙漠石油勘探、海上石油鉆井平臺等。

　　從當(dāng)前發(fā)展情況來看，依托地基增強等多種技術(shù)支持，單純發(fā)展基于增加少量衛(wèi)星的星基增強系統(tǒng)，只不過是對地基增強通信方式的改變，補充了沙漠和海上地基通信的缺失，仍無法適應(yīng)智能時代對時空定位的連續(xù)性無縫性的需求。

　　星地結(jié)合，通導(dǎo)一體才能打造實時無縫高精定位理想解決方案

　　經(jīng)過長時間的技術(shù)和應(yīng)用積累，衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)終于在近年迎來爆發(fā)，主要是高精度時間和空間位置服務(wù)需求爆發(fā)，如智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智能網(wǎng)聯(lián)船舶、無人機、智能電網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造等等，都需要廣域甚至全球性厘米級位置服務(wù)和納秒級時間同步。因此廣域和全球性高精度增強技術(shù)由于其基礎(chǔ)性和幾乎不可代替性也隨之受到越來越多人的關(guān)注。

　　對此，劉經(jīng)南表示，“高、中、低軌衛(wèi)星與地基增強系統(tǒng)相結(jié)合”才能構(gòu)建起實時無縫理想的衛(wèi)星高精定位導(dǎo)航系統(tǒng)，我們要重視低軌衛(wèi)星星座的建設(shè)，以此補充當(dāng)前僅依靠中、高軌導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)構(gòu)成的全球性時空基準(zhǔn)“基礎(chǔ)設(shè)施”其高精度、高可靠、實時無縫等性能上的不足。中國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)必須同時做好“打基礎(chǔ)”與“抓機遇”兩項工作。

　　泰伯網(wǎng)：未來的星基增強系統(tǒng)應(yīng)如何建設(shè)?

　　劉經(jīng)南：一方面，要繼續(xù)做好高軌、中軌導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)，打好基礎(chǔ)，通過高軌、中軌導(dǎo)航衛(wèi)星支持，讓更多低軌衛(wèi)星能實現(xiàn)精準(zhǔn)定軌;另一方面，要進一步加強低軌衛(wèi)星星座建設(shè)。相比于高、中軌衛(wèi)星，低軌衛(wèi)星星座具有衛(wèi)星數(shù)量大、信號強度高的優(yōu)勢，一旦建設(shè)完成，就可進行衛(wèi)星群協(xié)同作業(yè)，全面提升地面終端定位精度、可靠性和可用性。

　　與此同時，低軌衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)成本低，啟動速度快，能作為高軌、中軌導(dǎo)航衛(wèi)星的補充備份，增強整個導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　泰伯網(wǎng)：星基增強系統(tǒng)和地基增強系統(tǒng)的關(guān)系是什么?

　　劉經(jīng)南：目前我國地基增強系統(tǒng)建設(shè)已有一定成果，可在大部分地區(qū)實現(xiàn)亞米級甚至厘米級精度實時定位。

　　我認為，星基增強系統(tǒng)應(yīng)在地基增強系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行建設(shè)。首先，星基增強技術(shù)的大范圍使用需要全球性地面基準(zhǔn)站提供修正信號等支持，脫離地基增強系統(tǒng)，單一星基增強系統(tǒng)并不好用。

　　同時，星基增強系統(tǒng)結(jié)合使用地基增強系統(tǒng)提供的差分數(shù)據(jù)和播發(fā)能力，可實現(xiàn)更廣范圍、更低成本的定位授時服務(wù)。

　　我認為應(yīng)該重視低軌衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展，但不能忽視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。低軌衛(wèi)星系統(tǒng)，必須有高軌、中軌導(dǎo)航衛(wèi)星及地基增強系統(tǒng)支持。這就像吃餅，吃到第三個餅吃飽了，就說只吃第三個，忘了前兩個，這是不對的。

　　總的來說，“高、中、低軌衛(wèi)星與地基增強系統(tǒng)相結(jié)合”的導(dǎo)航系統(tǒng)，才能在定位精度與抗脆弱性上有理想的表現(xiàn)。這就是我們所說的星地一體。

　　泰伯網(wǎng)：星地一體系統(tǒng)是否會產(chǎn)生更大的價值?

　　劉經(jīng)南：在智能時代，星地一體帶來的兩大系統(tǒng)間的優(yōu)勢互補很重要。比如未來各類交通工具都要實現(xiàn)無人駕駛，在這類涉及用戶人身安全的應(yīng)用場景中，必須實現(xiàn)無縫、連續(xù)、可靠且安全的精準(zhǔn)定位和復(fù)雜多進程控制的時間協(xié)同。所以，單獨一個定位增強系統(tǒng)遠遠不夠，多個系統(tǒng)共同保障才能確保萬無一失。

　　星基與地基增強系統(tǒng)能力的疊加，更會產(chǎn)生新的應(yīng)用，甚至可做到室內(nèi)外定位的一體化，如有一天我們解決了弱信號接收問題，就能把接收終端植入到冰箱、微波爐中都可正常工作，萬物互聯(lián)就真正進入智能時代了。

　　中國企業(yè)將與“馬斯克”們競逐通導(dǎo)一體化市場

　　2015年9月，馬斯克正式向美國聯(lián)邦通信委員會提出申請，請求批準(zhǔn)發(fā)射4000多顆近地軌道衛(wèi)星，組建衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)“Star ”，用于向全球提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。在劉經(jīng)南院士看來，Star 星座在未來必然會具備導(dǎo)航功能，在通導(dǎo)一體化的大趨勢下，中國的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)要做好與“馬斯克”們競爭的準(zhǔn)備。

　　泰伯網(wǎng)：為何要實現(xiàn)通導(dǎo)一體化?

　　劉經(jīng)南：首先，通導(dǎo)一體化是整個行業(yè)的發(fā)展趨勢，是智能時代基礎(chǔ)設(shè)施升級的必然要求。這樣可以讓低軌衛(wèi)星和其他通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星的信息相結(jié)合，從而實現(xiàn)相互賦能，達到基礎(chǔ)設(shè)施能力的升級。

　　其實，我和其他專家早幾年就提出來了“PNTRC”概念，也就是定位、導(dǎo)航、授時、遙感、通信五位一體進行組網(wǎng)，打造出一個空間信息網(wǎng)絡(luò)。

　　很多人光注意馬斯克星鏈計劃的優(yōu)勢巨大的移動“通信”功能，我認為，未來這數(shù)千顆衛(wèi)星肯定有導(dǎo)航功能和高精度高可用高可靠的巨大優(yōu)勢，既可以進行通信，也做用作厘米級定位增強、導(dǎo)航服務(wù)。這一方面可大大提升資源利用效率，充分發(fā)揮衛(wèi)星能力，另一方面也可拓展更廣闊的商業(yè)空間。當(dāng)然，我們也用不著跟著馬斯克方案跑，還有更經(jīng)濟更高效的方案。要做出中國特色的新性能的低軌星群和高、中、低軌結(jié)合的星座體系。

　　總之，未來低軌衛(wèi)星大規(guī)模組網(wǎng)發(fā)展，必然將會把衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)推動至新的階段。

　　泰伯網(wǎng)：中國低軌星座建設(shè)的情況如何?

　　劉經(jīng)南：國內(nèi)已經(jīng)有很多機構(gòu)和企業(yè)都在做低軌星座的研究和建設(shè)，也在做通導(dǎo)一體化方面的項目，走的主要是商業(yè)化路子。我估計3年后就能出現(xiàn)低軌衛(wèi)星星座增強系統(tǒng)，特別在北斗三號完成全球組網(wǎng)后，整個系統(tǒng)建設(shè)速度會大大加快。

　　現(xiàn)在技術(shù)方面已不存在太多難點，最重要的是資金投入。我個人認為，低軌星座建設(shè)應(yīng)更多交給企業(yè)來做，這樣在全球布站過程中，可更多通過商業(yè)手段解決，規(guī)避敏感問題，同時也營造一個良性競爭格局，促進優(yōu)勝劣汰。

　　中國如能在星地一體架構(gòu)建設(shè)基礎(chǔ)上，完成大范圍低軌衛(wèi)星布局，那絕對是全球比較領(lǐng)先的事，整個行業(yè)的格局就會改變。這個產(chǎn)業(yè)誰做得早，技術(shù)迭代升級就多，誰的效果就會好，也就會有更大的發(fā)展?jié)摿褪袌稣加新?。中國企業(yè)應(yīng)提前做好準(zhǔn)備，參與到全球通導(dǎo)一體化市場的競爭中。