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一套核心算法,实现高精度卫星定位
[文汇报]上海交大领衔团队潜心30年破解北斗导航关键技术[图]
获得上海市科技进步特等奖
[发布时间]: 2017年03月24日
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[责任编辑]: 李晗

郁文贤(右二)和他的项目团队在一起。

在我国远洋捕捞的渔船上,搭载着2万多台套北斗导航系统终端,每年服务3亿人次以上。仅去年一年,就有上百名海上遇险的渔民利用北斗导航的精确定位得到了救援。      

在东北和新疆广袤的农场里,2000多套无人耕种机械,接收着来自北斗卫星的定位信号,在大田里循着既定路线自助耕作……      

曾经,我国95%的民用导航市场被美国主导的GPS全球定位系统所垄断;如今,大部分市场份额已被我国自主知识产权的北斗导航系统所取代。这场扬我国威的导航产业之战背后,是上海交大郁文贤教授团队潜心30年的科研攻关。就在昨天,郁文贤领衔的“北斗导航与位置服务关键技术及其产业化”项目,获得了2016年度上海市科技进步特等奖。      

以国家重大专项为依托,项目团队在核心算法、基础产品和特色应用三个技术层面取得重要突破,直接催生和持续带动了上海西虹桥北斗产业园的快速崛起,建立的北斗应用系统在智能公交、精准农业、海洋渔业等六个典型行业取得了广泛应用。      

国之重器说什么也要争取突破  

“上世纪80年代,我们还在设想卫星导航时,导师就跟我说,美国的GPS 已经研发出来了;上世纪90年代,美国已将GPS技术用于导弹发射了,我们的卫星导航技术才刚刚起步。”郁文贤说,关系国家战略和核心竞争力的技术,困难再多、花再长的时间,也要争取突破。      

卫星导航系统及其产业是国家安全的重要支撑,研制具有自主知识产权的全球定位系统,既是国家战略需求,也是大国核心竞争力的重要体现。      

卫星导航技术是否先进,关键是误差要小,信息处理的速度要快,而这主要取决于算法。长期以来,我国卫星导航与位置服务产业面临的核心技术瓶颈就是缺少高精度、高稳定、高可信的定位算法,因此我国的卫星导航系统一直卡在“最后1米”。要知道,误差哪怕只有0.1米,定位的精确性也差很多。      

于是,编制一套高精度卫星定位的核心算法,成了郁文贤团队的“一号课题”。自打1993年从国防科技大学毕业,郁文贤就一直从事数据融合与目标识别技术研究,他参与、领衔的科研课题和国家项目几乎都与导航技术相关。“还记得研发北斗一号卫星时,得专门制造一个超大的机柜来接受并处理卫星信号,每次要花很长时间;而现在,处理万级平方米的数据,1分钟都用不了。”      

郁文贤从北斗一号开始参与研制,现在已是第三代北斗卫星了。目前,这套系统在复杂环境下的单点定位精度优于0.8米,动态定位精度优于5厘米,室内定位精度优于1米,达到了分米级。“这意味着,如果在路上开车,可以精确到你在哪一根车道;即使在室内,通过多种传感器技术的融合,也可知道你在哪个房间、坐在哪张桌子前。”团队成员、上海交大上海北斗导航与位置服务重点实验室的陈新告诉记者。      

卫星导航的竞争说到底是产业的竞争  

打赢导航产业的争夺战,单有先进的算法不够,还要有先进的芯片制造业和完善的产业链才能实现。      

通常,高校的特长是破解原理性问题,解决基础研究到应用型基础研究中的技术难题,而要将技术实现,则需要产业来对接。当郁文贤团队的高精度、高可靠性核心算法有所突破时,面临的最大难题就是,要将这一算法用于星载芯片上。      

为了验证郁文贤团队这一算法的可靠性,2009年,上海专门成立卫星导航产业技术创新联盟,由政府持续进行投入,产学研由此成为一个有机整体。国家相关部委和上海市政府为课题组配套支持了“长三角卫星导航应用示范工程”“上海智慧城市北斗综合应用示范工程”等重大科技专项。      

“卫星导航的竞争,说到底是导航产业的竞争。”郁文贤告诉记者,整个协同创新团队中,除了交大,还有上海产业技术研究院,以及微系统领域、芯片制造领域、导航领域等的7家企业。有了这样的研发构架,项目才能取得丰硕成果。      

与此同时,上海的芯片设计、制造和封装行业在国内一直处于领先水平,也使得团队的科研成果能够最终走向产业化。      

通过这一协同创新平台,项目成果得到了广泛应用:北斗车载终端在国内商用车前装市场占有率达30%以上;北斗智能公交系统实现了公交车辆的精确到站预报和智能化管理,平均到站时间预报误差小于1分钟;室内地图数据库已被高德、腾讯等公司采用,日访问量达到千万人次。      

核心技术突破支撑产业快速发展  

核心技术的突破,往往会带来整个产业的升级,提升相应的市场占有率,加速推动产业的发展。而市场的提升,反过来又会“倒逼”技术升级。      

就在不久前,北斗导航系统副总设计师杨元喜透露,今年我国将发射6至8颗北斗三号卫星。到2020年,我国将建成由40颗卫星组成的北斗卫星导航系统网络,提供覆盖全球的高精度、高可靠的定位、导航和授时服务。      

“眼下我们正在研发的是,利用视觉传感器配合北斗导航系统,实现真正的无人驾驶。未来,北斗系统还将更多地应用于机器人工厂。”郁文贤告诉记者,2020年,整个北斗系统将建成全球系统,为全世界提供导航服务。      

核心技术的突破,有力支撑了产业的快速发展。3年来,上海导航产业的增长率保持在30%以上,新增直接产值16.4亿元,带动间接产值约100亿元。项目沿途还孵化出了4家新三板上市导航企业;本月21日,“华测导航”在深圳创业板上市,成为上海第一家上市的导航相关企业。      

目前,上海西虹桥的北斗产业园内已有100多家与导航相关的企业入驻,涵盖上游技术研发企业和北斗系列产品用户企业。未来,他们将推动上海北斗导航领域的产业集聚,为上海建设具有全球影响力的高精度导航位置服务技术创新中心和新兴产业策源地,奠定重要基础。      

来源:《文汇报》 2017.03.23 第06版 聚焦最新揭晓的上海科技奖      

原文:一套核心算法,实现高精度卫星定位

 

[作者]: 姜澎 
[摄影]: 薛志明
[供稿单位]:
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