1982年，鄧中亮剛剛走進(jìn)大學(xué)校門，選擇了當(dāng)時(shí)的熱門專業(yè)機(jī)械制造，在畢業(yè)后從事汽車制造工作的過程，認(rèn)識(shí)到國(guó)內(nèi)外制造水平的差距，誕生了對(duì)新的專業(yè)知識(shí)的渴望。
工作幾年之后，鄧中亮選擇回到了校園，在北京航空航天大學(xué)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造以及在清華大學(xué)學(xué)習(xí)超精密加工理論技術(shù)期間，他在復(fù)雜型面數(shù)控加工研究與細(xì)菌加工技術(shù)方法探索中，需要結(jié)合電子科學(xué)和微電子等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，就這樣鄧中亮無(wú)形中開展了機(jī)械制造、微電子、通信等學(xué)科的交叉研究。
這種跨領(lǐng)域的研究，會(huì)有助于打破思維的禁錮，因而在鄧中亮對(duì)導(dǎo)航技術(shù)產(chǎn)生興趣之后，他發(fā)現(xiàn)了通信和測(cè)繪學(xué)科在導(dǎo)航領(lǐng)域中不同的思路和方法，在嘗試從測(cè)繪角度解決導(dǎo)航問題的同時(shí)結(jié)合了通信技術(shù)，最終形成了新的研究方向。
歐亞科學(xué)院院士，災(zāi)備技術(shù)國(guó)家工程研究中心的主任，鄧中亮
這位如今的歐亞科學(xué)院院士，災(zāi)備技術(shù)國(guó)家工程研究中心的主任，鄧中亮也看到了他所主導(dǎo)的“高精度、高可信定位導(dǎo)航技術(shù)”與國(guó)家戰(zhàn)略相結(jié)合，為國(guó)家科技發(fā)展貢獻(xiàn)力量的可能。
“如果能夠最終為國(guó)家戰(zhàn)略增添一份力量，無(wú)論花多長(zhǎng)時(shí)間，都是有意義的。”鄧中亮說。
01
天地一張網(wǎng)，解題“高精度”
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，通常有定位、航定位與授時(shí)三個(gè)指標(biāo)。
有了高精度的定位，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)讓農(nóng)民不再靠天吃飯，災(zāi)害精準(zhǔn)預(yù)測(cè)可以將受災(zāi)的人群和損失最小化；而高精度導(dǎo)航對(duì)產(chǎn)業(yè)的意義，則早已深入人心。既有我們所熟悉的車輛導(dǎo)航，也有代表著高精尖技術(shù)的航空導(dǎo)航和航海導(dǎo)航，在軍事方面的價(jià)值自然也不言而喻；授時(shí)則可以提供全球性、全天候、快速、高精度的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息，在現(xiàn)代社會(huì)的方方面面都離不開精確的授時(shí)。
正因?yàn)楦呔葘?dǎo)航，對(duì)國(guó)家安全和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的意義之大。在2008年，科技部羲和計(jì)劃正式啟動(dòng)。
中國(guó)傳統(tǒng)神話中，羲和是太陽(yáng)神的母親，是我國(guó)上古時(shí)代時(shí)間歷法的創(chuàng)始人。取名羲和計(jì)劃的寓意，就是向大眾提供全空域、全時(shí)域、室內(nèi)外無(wú)縫導(dǎo)航定位服務(wù)。
鄧中亮，一直是羲和計(jì)劃中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位負(fù)責(zé)人和學(xué)術(shù)帶頭人。他所在解決的，正是困擾整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位導(dǎo)航業(yè)界的，那關(guān)鍵的三個(gè)字：“高精度”。
衛(wèi)星定位導(dǎo)航可以達(dá)到從米級(jí)到分米級(jí)、厘米級(jí)，甚至毫米級(jí)的定位精度，但在收不到任何信號(hào)的遮蔽空間就完全沒有用武之地，在建筑物之間等半遮蔽空間，定位精度也會(huì)大受影響。
所以，羲和計(jì)劃的目標(biāo)也是有兩個(gè)：首先，提高北斗在地面應(yīng)用的精度與能力；其次，解決全球?qū)Ш较到y(tǒng)在遮蔽和半遮蔽空間中無(wú)法定位的問題。
很多國(guó)內(nèi)外的科研組織也提出了很多技術(shù)解決方案，他們或?qū)⒓夹g(shù)攻堅(jiān)的重點(diǎn)放在了衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)上，雖有進(jìn)步但收效甚微，或在室內(nèi)采取激光等解決方案，成本卻又居高不下。
鄧中亮則提出了一個(gè)新的思考：如果通信網(wǎng)絡(luò)能夠達(dá)到與衛(wèi)星導(dǎo)航相媲美的定位服務(wù)能力，那么這張網(wǎng)絡(luò)無(wú)疑將變得非常實(shí)用。
“通信和導(dǎo)航之間實(shí)際上是有關(guān)聯(lián)的，首先，由于衛(wèi)星信號(hào)在遮蔽和半遮蔽空間的覆蓋存在問題，通信系統(tǒng)可以對(duì)此進(jìn)行覆蓋互補(bǔ)，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外全時(shí)空的覆蓋。其次，對(duì)于通信系統(tǒng)來說，它也需要位置感知來確定用戶的分布，如5G等業(yè)務(wù)需要知道用戶的具體位置。因此，將這兩者合并整合成一體，就形成了天地一體的廣域無(wú)縫定位網(wǎng)。” 鄧中亮說。
這個(gè)設(shè)想本身非常有推動(dòng)落地應(yīng)用的重要意義。國(guó)家通信網(wǎng)在4G到5G的建設(shè)投入總額接近兩萬(wàn)億，是衛(wèi)星系統(tǒng)投入的20倍以上。如果能夠形成天上一張網(wǎng)與地上一張網(wǎng)的融合，它所蘊(yùn)含的價(jià)值潛力，幾乎是無(wú)限大。
當(dāng)然，這個(gè)設(shè)想既需要在理論和技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破，還需要結(jié)合具體場(chǎng)景的實(shí)踐。如果方向準(zhǔn)確，那么在技術(shù)上是否可以實(shí)現(xiàn)呢？
02
解決困擾全球的技術(shù)難題
我們知道，如果無(wú)線通信網(wǎng)的精度不夠高，即使將通信網(wǎng)和衛(wèi)星的定位合并在一起，也無(wú)法獲得更高的定位精度。因此，需要解決通信網(wǎng)在遮蔽和半遮蔽空間中定位精度差的短板問題，提高它的定位服務(wù)能力。這等于為通信網(wǎng)賦予了新的時(shí)空感知和定位服務(wù)能力，以實(shí)現(xiàn)全時(shí)空的覆蓋，包括室外、室內(nèi)以及地下的定位服務(wù)。
再將通信網(wǎng)和衛(wèi)星融合在一起后，“天網(wǎng)”與“地網(wǎng)”在覆蓋層面上形成互補(bǔ)：在室外，衛(wèi)星定位表現(xiàn)優(yōu)秀；而在室內(nèi)和遮蔽空間，通信網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)。兩張網(wǎng)絡(luò)融合，就可以實(shí)現(xiàn)全空間的高精度定位服務(wù)。
因此，將通信網(wǎng)與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航，也驅(qū)動(dòng)從定位導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)化到位置服務(wù)商業(yè)化的轉(zhuǎn)變。
對(duì)于鄧中亮而言，他則要解決長(zhǎng)期困擾全球的高精度、廣覆蓋、室內(nèi)外、無(wú)縫隙、低成本定位的基礎(chǔ)性問題……
第一個(gè)關(guān)鍵，就是新技術(shù)的定位精度。
傳統(tǒng)技術(shù)，比如在室內(nèi)采用WI-FI、藍(lán)牙或超寬帶技術(shù)，定位的精度最高可達(dá)3到5米左右，這在實(shí)際應(yīng)用中是完全不能接受的。
通過羲和計(jì)劃的推動(dòng)，“我們?nèi)〉昧酥卮蟮耐黄疲憾ㄎ痪仍谂c國(guó)際巨頭的比較中處于領(lǐng)先地位，超過他們一個(gè)數(shù)量級(jí)，。這表明我們?cè)诙ㄎ粚?dǎo)航領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)步和成就，未來的目標(biāo)是將通信網(wǎng)的定位精度進(jìn)一步提高到厘米級(jí)甚至毫米級(jí)。”鄧中亮說。
客觀地說，對(duì)于個(gè)人用戶來說，米級(jí)定位精度是足夠的，但對(duì)于智能駕駛、機(jī)器人服務(wù)等應(yīng)用來說，分米級(jí)或者厘米級(jí)的精度才可以解決大部分需求，而毫米級(jí)的精度則主要用于滑坡監(jiān)測(cè)等特定領(lǐng)。可以說，鄧中亮的這次在定位精度上的突破，讓精準(zhǔn)定位在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用寬度得到了大幅的提升。
第二個(gè)關(guān)鍵，是解決運(yùn)營(yíng)商通信資源緊缺的問題。
成本，是任何技術(shù)能否成功市場(chǎng)化的重要考量。在定位時(shí)，通常需要收集來自至少三個(gè)基站的信號(hào)來計(jì)算定位位置，這對(duì)運(yùn)營(yíng)商來說會(huì)因?yàn)榧用芑拘盘?hào)增加成本，同時(shí)基站密度的增加也不是一個(gè)經(jīng)濟(jì)上可行的解決方案。
所以鄧中亮的目標(biāo)是：實(shí)現(xiàn)資源共享復(fù)用，既不影響正常通信，也不需要獨(dú)立頻率資源，同時(shí)不改變基站的分布密度。在一種逆向思維的邏輯驅(qū)使下，鄧中亮建立了一個(gè)定位信號(hào)與通信信號(hào)同頻融合的體系，對(duì)時(shí)域、頻域、碼域等進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。此舉首次實(shí)現(xiàn)了在不占用獨(dú)立頻率、不改變?cè)ㄐ拍芰Γ膊桓淖兓痉植记疤嵯碌膹V域精確定位！
第三個(gè)關(guān)鍵，是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的高精度定位魯棒性的難題
定位服務(wù)也需要一種確定性，尤其在面向各種行業(yè)復(fù)雜場(chǎng)景應(yīng)用時(shí)，高精度定位要能夠表現(xiàn)出更強(qiáng)的可靠性。
這對(duì)鄧中亮來說，則要力求極致的表現(xiàn)。“經(jīng)過一系列技術(shù)突破后，我們?cè)谑覂?nèi)和室外可以實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)的同步，相當(dāng)于0.3米的測(cè)量誤差，同時(shí)我們采用分層融合的方法，大幅度提升了可靠性的同時(shí)，也提高了定位精度。最終，形成了一個(gè)龐大的技術(shù)體系，涵蓋了精準(zhǔn)測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和智能控制。使得整個(gè)系統(tǒng)能夠更加精準(zhǔn)地測(cè)量位置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同工作，并融入智能控制，以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜場(chǎng)景。”
03
做千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“創(chuàng)新底座”
事實(shí)上，我們能夠感知到精準(zhǔn)定位技術(shù)，對(duì)文明社會(huì)前行的價(jià)值不斷在向上攀升。
在今天的智能社會(huì)時(shí)代中，如果缺乏高精度、時(shí)空感知和互聯(lián)的條件，就不能稱之為真正的智慧。
鄧中亮認(rèn)為，“全世界對(duì)于時(shí)空感知的要求不斷提高。在上世紀(jì)，百米級(jí)的定位精度已經(jīng)算是不錯(cuò)的，隨后發(fā)展到十米級(jí)、米級(jí)的定位精度。而現(xiàn)在，人工智能自動(dòng)駕駛已經(jīng)要求達(dá)到分米級(jí)的定位精度。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，如果定位精度無(wú)法達(dá)到米級(jí)以下，很多問題將無(wú)法解決。這種高精度時(shí)空感知要求正是構(gòu)建全行業(yè)互聯(lián)的底座，為智能社會(huì)的發(fā)展提供支持。”
確如此言，我們看到在制造業(yè)，高精度定位從原來的數(shù)十米精度提高到米級(jí)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)移動(dòng)目標(biāo)，為工廠的安全管理帶來了很大的改進(jìn)，如果出現(xiàn)意外事故，工廠可以更快速響應(yīng)和決策，而不再需要被動(dòng)應(yīng)對(duì)，這種技術(shù)的應(yīng)用，使得工業(yè)事故得到了有效的控制和防范，為工業(yè)安全帶來了顯著的好處。
再比如在智能駕駛領(lǐng)域，如果車輛的定位精度不能達(dá)到分米級(jí)，就可能發(fā)生車輛之間的撞車、刮蹭等事故。這種高精度定位甚至還在疫情監(jiān)控、疫情救援和特殊人群關(guān)愛等應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮出應(yīng)有的光芒。
還有綠色能源領(lǐng)域正在面臨的巡檢難題，使得無(wú)人機(jī)巡檢成為一個(gè)有效的解決方案。而無(wú)人機(jī)可以快速準(zhǔn)確地巡檢高壓線路、太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)等設(shè)施，也有賴于高精度定位技術(shù)的應(yīng)用。
很明顯，高精度導(dǎo)航將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，帶動(dòng)更大規(guī)模的服務(wù)業(yè)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和轉(zhuǎn)型做出貢獻(xiàn)，已經(jīng)可以稱之為千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“創(chuàng)新底座”。
除此之外，鄧中亮特別指出了這項(xiàng)技術(shù)對(duì)北斗系統(tǒng)的“反哺”。“GPS比北斗建設(shè)早二十，GPS在全球?qū)Ш绞袌?chǎng)上已占據(jù)了90%的份額，這意味著北斗系統(tǒng)如果要超越GPS來爭(zhēng)取更大的市場(chǎng)份額，就必須尋找新的商業(yè)模式和新抓手來突破現(xiàn)狀。而信息域是一個(gè)重要的市場(chǎng)領(lǐng)域，通過在信息域中引入新的抓手和技術(shù)突破，可以帶來市場(chǎng)洗牌，為北斗贏得更大的市場(chǎng)份額提供機(jī)會(huì)。”
因此，北斗系統(tǒng)必須與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，提供更強(qiáng)大的能力支持，在全球開放服務(wù)的背景下，去搶占市場(chǎng)和保持領(lǐng)先地位。
“我國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航和移動(dòng)通信及其融合走在世界領(lǐng)先地位，我們將繼續(xù)努力保持這一領(lǐng)先地位，為世界的科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。”鄧中亮說。
