鄧中亮：“天地一體”筑夢記

胡敬++夏天

“羲和”系統(tǒng)完全建成后，將形成我國自主可控的位置服務(wù)的室內(nèi)外定位服務(wù)能力，促進(jìn)北斗系統(tǒng)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化，從定位、增強(qiáng)、地圖和位置服務(wù)網(wǎng)等幾個方面全面提升北斗的應(yīng)用。

人物簡介

鄧中亮，北京郵電大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，智能通信、導(dǎo)航與微納系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任，北斗重大專項(xiàng)專家、總裝專家組專家、北京市青年學(xué)科帶頭人，長期致力于導(dǎo)航與位置服務(wù)科學(xué)研究與工程實(shí)踐，地面導(dǎo)航工程——“羲和計劃”的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)人和學(xué)術(shù)帶頭人，被中國科學(xué)院、工程院、中央電視臺等聯(lián)合推選為“2014年度十大科技創(chuàng)新人物”。

熱愛旅游的朋友一定對類似高德導(dǎo)航、百度地圖等軟件耳熟能詳。其實(shí)，導(dǎo)航還可能有另外一種用法——在停車場快速找到合適的車位，在陌生小區(qū)里方便地找到朋友的家門；在展覽館中定位最感興趣的展品……

“有了‘羲和系統(tǒng)，這一切有望成為可能。”說話的是北京郵電大學(xué)教授鄧中亮。他說，由于受到衛(wèi)星定位信號強(qiáng)度弱、易受遮擋等環(huán)境因素干擾，室內(nèi)定位難度很大，現(xiàn)有室內(nèi)定位技術(shù)如WLAN、UWB等系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了局域室內(nèi)高精度定位，但須布置大量節(jié)點(diǎn)，信號覆蓋成本較高，不利于向廣域推廣。但是，室內(nèi)定位的作用卻重之又重，除了帶來日常生活中的便利，對于地震火災(zāi)、礦井事故等災(zāi)害應(yīng)急救援都至關(guān)重要。2012年，“羲和”系統(tǒng)在此背景下正式上馬，成為《導(dǎo)航與位置服務(wù)科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》重點(diǎn)項(xiàng)目之一。鄧中亮，就是系統(tǒng)核心技術(shù)“TC-OFDM廣域?qū)崟r高精度室內(nèi)外無縫定位”的負(fù)責(zé)人。

十年磨一劍 風(fēng)正好揚(yáng)帆

2012年12月27日，國家16項(xiàng)科技重大專項(xiàng)之一的北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對亞太地區(qū)提供服務(wù)。至此，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)已達(dá)到四個：美國全球定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)、歐洲GALILEO系統(tǒng)，以及我國自行研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

然而，所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都只解決了室外定位問題，室內(nèi)定位領(lǐng)域仍是空白。

2003年，鄧中亮在美國南加利福尼亞大學(xué)學(xué)習(xí)期滿后，決心把自己學(xué)到的科技知識奉獻(xiàn)給心愛的祖國，因此，他放棄了國外企業(yè)的豐厚待遇，毅然選擇了回國。為了搞好科研，他帶領(lǐng)自己實(shí)驗(yàn)室的人員開始小范圍地研究。在科研的不斷進(jìn)行中，鄧中亮決定整合優(yōu)秀資源，將室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。隨著科研的發(fā)展，TC-OFDM定位與通信融合的新型信號體制在我國成功研制，構(gòu)建了室內(nèi)外無縫定位體系，極大地緩解了城市室內(nèi)外定位于移動數(shù)據(jù)通信等多網(wǎng)融合與共享難題，提升了國家公共安全與應(yīng)急救援能力。

鄧中亮進(jìn)行的科研，與國家的“羲和”系統(tǒng)關(guān)系密切。作為國家“863計劃”地球觀測與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域支持的重點(diǎn)項(xiàng)目，“羲和”系統(tǒng)是北斗系統(tǒng)的延伸，提供室內(nèi)導(dǎo)航信號和室外衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號，全力打通定位信號、位置信號以及個人消費(fèi)的產(chǎn)業(yè)鏈條，實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航信號的廣域覆蓋，使現(xiàn)今流行的虛擬世界里滲入現(xiàn)代元素。

鄧中亮舉例說明，假如在一間3米×3米的房間內(nèi)定位某個人或物品，精確度至少要達(dá)到1至3米；而對于車道導(dǎo)航、農(nóng)業(yè)跟蹤等應(yīng)用來說，精確度要求至分米級；至于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，要求厘米級的定位精度也毫不為過。“這對導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精確度提出了質(zhì)的跨越要求。”在鄧中亮的牽頭帶領(lǐng)下，我國研制成功TC-OFDM定位與通信融合的新型信號體制。由于是“羲和”系統(tǒng)的重要組成部分，該項(xiàng)目從“十一五”開始就得到國家科技部門的高度重視，也讓鄧中亮付出了極大心血。

鄧中亮帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過十余年艱辛的探索和研究，終于取得了輝煌的科研成果，在科研界引起了強(qiáng)烈反響。

“天地一體”：1+1大于2

鄧中亮首先構(gòu)建了北斗“天地一體”無縫深度融合定位新體系，研制了TC-OFDM基站；其次，提出了異構(gòu)體制融合的多徑抑制方法，將非視距條件定位精度提高至米級；他還攻克了廣域室內(nèi)外無縫高精度立體定位難題，研發(fā)了星地融合高精度定位技術(shù)與多路定位信號增強(qiáng)同步模塊，北斗和GPS室內(nèi)“最后一公里”瓶頸問題也從而得到了順利解決。

此外，鄧中亮還構(gòu)建了廣域室內(nèi)外無縫地理空間信息框架，研發(fā)了大型位置服務(wù)平臺系列技術(shù)及核心模組、天線、終端、基站等產(chǎn)品，使位置服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)得到了極好的利用，顯著提高了北斗的室內(nèi)外無縫位置服務(wù)能力。

“如今，衛(wèi)星已經(jīng)解決了室外導(dǎo)航定位問題；對于室內(nèi)導(dǎo)航定位來說，目前手機(jī)所用的無線通訊網(wǎng)基本在城市中覆蓋，且絕大多數(shù)人都在使用。”鄧中亮說，“將這張網(wǎng)作為衛(wèi)星定位的補(bǔ)充，就能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外定位服務(wù)的對接。”

根據(jù)在北京、武漢等10個地區(qū)的測試結(jié)果顯示，已建成的基本覆蓋中國區(qū)域的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)示范系統(tǒng)實(shí)時定位精度優(yōu)于1米，導(dǎo)航衛(wèi)星實(shí)時定軌精度0.1米，實(shí)時鐘差0.2納秒，主要技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

記者從科技部獲悉，“羲和”系統(tǒng)完全建成后，將形成我國自主可控的位置服務(wù)的室內(nèi)外定位服務(wù)能力，促進(jìn)北斗系統(tǒng)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化，從定位、增強(qiáng)、地圖和位置服務(wù)網(wǎng)等幾個方面全面提升北斗的應(yīng)用。同時，“羲和”系統(tǒng)在國土資源調(diào)查、精細(xì)農(nóng)業(yè)、車輛監(jiān)控與導(dǎo)航、實(shí)時位移監(jiān)測等領(lǐng)域也取得了良好的應(yīng)用效果。

正所謂“1+1大于2”的力量所在，“一個北斗系統(tǒng)加一個地面網(wǎng)絡(luò)，其精度要大大優(yōu)于單獨(dú)使用兩個獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)”。“羲和”系統(tǒng)將充分利用所有的地面通信資源，構(gòu)筑“天地一體”的偉大夢想正在一步步實(shí)現(xiàn)。

不斷探索只為更好服務(wù)人類

預(yù)計到2020年，“羲和”系統(tǒng)將打造上千億元的產(chǎn)業(yè)鏈，從而牽動1萬億的經(jīng)濟(jì)發(fā)展動力。隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，“位置服務(wù)”已經(jīng)成為現(xiàn)代物流、公共服務(wù)、社會安全不可缺少的技術(shù)手段，是我國戰(zhàn)略發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的重大需求。

面對廣域高精度室內(nèi)外定位關(guān)鍵技術(shù)研究取得的斐然成果，鄧中亮心里喜不自勝，他對該項(xiàng)成果未來的推廣利用充滿了信心。為了使這一科研技術(shù)更好地為人類服務(wù)，他進(jìn)行了多方面的推廣。

首先是尋鹿平臺的應(yīng)用。在國內(nèi)的一些大劇院、機(jī)場、全國近百家萬達(dá)廣場、北京西單大悅城、王府井、金源燕莎、愛琴海等成功應(yīng)用了863課題“大型建筑物復(fù)雜環(huán)境室內(nèi)定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與示范”的研究成果，實(shí)現(xiàn)了高精度米級室內(nèi)定位，形成了自主可控的位置服務(wù)，保障了大型建筑的精細(xì)化管理與安全。

鄧中亮還研制出了基于室內(nèi)外高精度無縫定位的消防應(yīng)急救援應(yīng)用示范平臺。該平臺投入使用后，消防指揮中心能精確地顯示出救援現(xiàn)場人員和設(shè)施分布、兵力部署等位置信息，從而更好更迅速地指揮配備智能單兵裝備的消防員開展救援。隨著它的推廣應(yīng)用，我國的消防滅火救援能力將得到進(jìn)一步加強(qiáng)，同時，為公共安全、智慧城市等廣域室內(nèi)外位置服務(wù)提供必要的技術(shù)。