北斗接下来如何跨界?刘经南院士:团队正在做这些技术

长江日报-长江网6月12日讯 “在与祖国科技事业共同成长的经历中,我深刻认识到,作为一个大国,涉及国家安全等关键领域,一定要能自主可控,一定要有引领性、原创性的科学技术,才能步入强国之列。借用习近平总书记2013年来汉视察时跟我打的一个比喻,‘我们要用自己的碗,来装自己种出的粮食’。”在2019年度科学技术奖励大会, 刚刚获得“2019年度省科技突出贡献奖”的刘经南院士说。

今年77岁的刘经南长期从事大地测量理论及应用研究与教学工作,在大地测量坐标系理论、北斗卫星导航定位技术、软件开发和重大工程应用方面做出了一系列开创性工作,特别是在全球卫星导航系统(GNSS)技术应用和工程领域成就显著,是我国该领域的学科带头人和我国卫星导航定位工程应用领域的开拓者。他先后获国家科技进步奖6项,省部级奖励30余项,获“全国先进科技工作者”荣誉称号。

在阻击新冠肺炎疫情战争中,北斗作为我国自主建设的时空基准和定位导航服务重大空间基础设施,出现在火神山、雷神山医院建设的快速精确测量中,出现在“北斗+”互联网、移动通信网、时空大数据等信息系统对人员、车辆、物资全过程管控及全时空感控中,出现在基于卫星导航系统的技术集成创新应用在疫情防控中,为基层社区防控发挥了重要作用。

刘经南透露,目前,他的团队正在为“北斗+车联网/5G”等技术跨界融合,与东风、华为、移动等公司积极开展合作。“作为一名科技战线上的老兵,我将继续努力,发挥所长,同广大科技工作者一道,为推进省域治理现代化,为建设创新型省份, 为谱写湖北高质量发展新篇章做出新更大的贡献。”他说。

此前,刘经南院士接受了长江日报-长江网记者专访。

36岁考研,学生时代就“怀疑一切”

1958年,尚在中学时代的刘经南偶然看到一本书《马克思的青年时代》,对书里面的一句格言很是崇敬——“怀疑一切”。最终这句话成了刘经南从事科学研究的格言。

1961年,苏联宇航员加加林进入太空,让即将进入大学的刘经南对宇宙和天体变化的奥秘产生了好奇,高中毕业后考入武汉测绘学院天文大地测量专业,他将探索的目标锁定为湛蓝的天空和广袤的大地。1968年,已毕业一年多的刘经南被分到湖南的煤田物探测量队,负责外业测绘,历经各种艰辛,还数次与死神擦肩而过,这一干就是11年。刘经南没有放弃科研的梦想,1979年刘经南顺利考入武汉测绘学院大地测量专业读研。

“本来我应该也是1978级的,因为录取通知书在路上走了3个月,错过了开学时间,第二年再次考上。”刘经南向长江日报记者回忆,当时自己已经36岁了,是名大龄学生。时间不等人,在读研的1000多个日夜里,他如饥似渴地钻研专业知识,拓展自己的视野。

当时很多大地测量方面的理论都来自在国外专家,刘经南心理颇为不服气——为何我们中国人就写不出来呢?凭借一股不服输的精神,刘经南很快解决了一个有关卫星测量基准的地心坐标系与地面大地坐标系的转换关系的国际性学术难题,1982年发出了这篇论文,此研究后来被列入了国家“六五”期间重点项目。

43岁始搞科研,敢挑战国际学术难题

1982年,刘经南以优异的成绩获得硕士学位,被分配到湘潭矿业学院教书。四年后,刘经南再次回到母校,立志于卫星大地测量与GPS(全球卫星定位系统)技术及其应用领域方面的研究,这时的刘经南已经43岁了,科研生涯正式起步。

20世纪80年代初,国际上有关两大坐标系转换的模型有三个,但究竟谁优谁劣,却争论了十几年未见分晓。刘经南将自己的学术起点就定在了这里。他通过深入研究,在国际上第一次从理论和实践上证明了三个坐标转换模型的等价性,为这场历时十几年的争论画了一个圆满的句号。

随后,他又和导师一起提出了一种联合平差误差影响率理论,分析了高程误差的影响和削弱方法,导出了新的“武测模型”,使大地测量坐标系理论研究领域的一系列难题迎刃而解。

1988年,刘经南在匈牙利国际整体大地测量学术会上发表了他的研究成果,引起了国际测量学术界的极大反响,与会者纷纷向他索要文稿。“武测模型和影响率理论是一个新思想。”这是大会主席德国HEIN教授的评价。

80年代中期,刘经南将他的理论成果推向应用,他研制出卫星网与地面网的联合平差软件,并用它承担西北三大含油盆地卫星定位网的数据处理工程。由于准确地求定了该地区坐标转换模型参数,最大限度削弱了高程误差,成功地确定柴达木盆地亚米级大地水准面和其他盆地米级水准面,不仅解了石油勘探部门的燃眉之急,而且创造了年节约5000万元的巨大效益。

50岁紧跟导航研究,提出中国方案

上世纪90年代,GPS技术成为国际上一门迅速兴起、影响广泛的高新技术。

GPS,即全球卫星定位系统,它是美国国防部和运输部共同管理的卫星定位、导航、授时、守时系统。它和信息高速公路是当今影响最为深远的高新技术之一。我国是GPS的用户大国,从80年代末就开始引进GPS接收机及其相应技术,但经常被美国限制使用。

“当时GPS故意降低精度给我们用。”刘经南说,当时使用GPS的精度大约100米,使用价值很低。这样,如何对抗美国政府的技术限制,使GPS技术的巨大市场潜力和经济效益充分发挥出来,便成为当时国际性的热门研究课题。

很快,刘经南取得的第一项重大成果就是研制出我国第一个GPS商品化软件——“GPS卫星定位数据处理综合软件”。目前,该软件已被国内外数百家单位采用,占领了国内80%以上的市场,并作为专有技术出口日本。在软件研制过程中,刘经南根据国情创造性地提出了一整套GPS三维地心坐标向量至高斯二维坐标转换理论,在国际上率先提出化GPS网三维平差为二维平差的理论和方法。如今,这一软件设计思想已被国际GPS商用软件开发界广泛接受和采用,他的部分研究成果已成为我国城市GPS测量规范。

随后,刘经南具体负责了中国第一个GPS国际永久跟踪站(武汉)的建立、运行和维护。该跟踪站是我国最早的全球卫星地球动力学服务站之一,成为国际上一个重要的基础数据和采集、分析和研究基地。1998年,我国第一个GPS工程技术研究中心也在武汉宣告成立,开启了GPS产业化的大门。

60岁解决导航瓶颈,成就“中国GPS之父”

1997年,香港回归,深港两地的划界,采用刘经南负责实施的深圳城市GPS网作为划界依据。

在我国两次南沙科学考察中成功实施的GPS岛礁联测工程,首次以10-6量级精度把国家大地网延伸到南沙海域,维护了国家的领土主权,该工程的技术负责人便是刘经南……

其实早在上世纪90年代中期,刘经南应邀为已发射的我国北斗导航卫星广域差分系统的建设提供了最早的技术思路和技术方案,是国内该研究领域的第一人,亦参与这个被称为“中国GPS”的北斗导航卫星系统的建设至今,而且硕果累累。

高精度定轨定位是提升卫星导航系统性能及其应用水平的核心技术,也是中国相关重大专项、重大科学工程及对地观测卫星计划必须解决的瓶颈问题。2005年,刘经南领导的科研团队系统地研究并发展了全球卫星导航系统的精密定轨、定位理论和方法,研制了中国首个具有自主知识产权的卫星导航数据精密处理软件系统(PANDA),在国际上首次实现了四大卫星导航系统(北斗/GPS/GLONASS/Galileo)联合精密定轨,改变了中国大规模、高精度GNSS数据处理必须依赖于国外软件系统的被动局面。

“在世界导航领域,我们起步最晚,实现了从跟跑、并跑到领跑的三个层次。”刘经南说,导航精度也从100米到现在的动态厘米级定位,位居全球第一梯队。

70岁再当校长,从不卸任科研岗

2012年9月,70岁刘经南考虑10天后接受昆山杜克大学校长的任命,这也是他卸任武汉大学校长4年后,再次当了6年的校长。在他看来,昆山杜克大学是中外合作办学,也是对中国教育的新探索。

70岁再当校长,也没有卸任自己的科研岗。刘经南一边花大量时间参与学校办学理念、管理模式、课程体系、教学方式,一边继续在导航前沿领域探索。

2012年,我国北斗卫星导航系统正式提供服务,如何实现北斗系统高精度服务能力是亟待解决的问题。刘经南带领团队,提出了建设国家地基增强系统的创新方案,并在湖北省建立了国内首个省级区域的北斗地基增强系统。主持验收的北斗二号总设计师孙家栋院士说,“湖北地基增强试验网”对于实现实时厘米级高精度定位服务有强大潜力,为启动国家北斗地基增强系统的工程建设奠定了基础。

2018年,刘经南领导的科研团队还研发了湖北第一颗北斗多模多频高精度芯片,也是中国首颗40纳米高精度消费类北斗导航定位芯片,该芯片集成了北斗短报文功能,还包含全球首创的低空飞行器管制功能。 刘经南将湖北的导航产业引向一座新的大门口。目前,湖北已与北京和珠三角一起成为我国卫星导航与位置服务产业三大重地。(记者杨佳峰 陈洁 通讯员吴江龙 高柯夫 海报整理丨陈智 海报设计丨赵健)

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【编辑:金鑫】

(作者:杨佳峰)

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