我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全時(shí)域、全空域、高精度、高魯棒的定位導(dǎo)航。
說這話的人是北京郵電大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師鄧中亮。作為業(yè)界頂尖科學(xué)家，鄧中亮還有多重身份，比如國際歐亞科學(xué)院院士、災(zāi)備技術(shù)國家工程技術(shù)研究中心主任、國家863項(xiàng)目負(fù)責(zé)人等等，也證明了鄧教授在學(xué)術(shù)領(lǐng)域的重磅地位。
北京郵電大學(xué)教授 鄧中亮
許多人可能好奇，定位導(dǎo)航這技術(shù)的應(yīng)用點(diǎn)在哪里？除了日常出行定位，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用場景還有哪些？未來定位導(dǎo)航技術(shù)的領(lǐng)先會為國家發(fā)展、大眾生活帶來哪些變化？帶著這些問題，我們采訪了鄧中亮教授，也同時(shí)打開了定位導(dǎo)航領(lǐng)域新世界的大門。
從“天網(wǎng)”到“地網(wǎng)”，定位導(dǎo)航領(lǐng)域面臨新課題
當(dāng)今社會中，手機(jī)已經(jīng)成為了我們最為依賴的數(shù)碼設(shè)備，而出行使用導(dǎo)航也是當(dāng)下許多人的習(xí)慣。但如果稍有留意你就會發(fā)現(xiàn)，無論是高德還是百度，都會有“北斗衛(wèi)星為您導(dǎo)航”的提示，這也是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航商業(yè)化應(yīng)用的最直接體現(xiàn)。其實(shí)從2020年7月31日我國開啟了全球服務(wù)伊始，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航就被廣泛應(yīng)用于航空、航海、通信、電力、交通、測繪等多個(gè)領(lǐng)域，如今更是覆蓋了全球200多個(gè)國家和地區(qū)用戶，成為了聯(lián)合國認(rèn)可的四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一。
但衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用也不是萬能的。許多人都有類似的經(jīng)驗(yàn)——當(dāng)我們身處室內(nèi)，比如辦公室或者商場的時(shí)候，衛(wèi)星導(dǎo)航定位就會出現(xiàn)比較大的誤差，手機(jī)也會提示“衛(wèi)星信號弱”，這時(shí)候的定位系統(tǒng)就需要一種全新的室內(nèi)定位方式。正如鄧中亮教授在采訪中提到的——“遮蔽空間和半遮蔽空間的環(huán)境非常復(fù)雜，衛(wèi)星信號往往無法到達(dá)，可能被阻擋或干擾，這就產(chǎn)生了與我們需求之間的矛盾，而我們面臨的問題是如何解決這種矛盾”。
為了解決這個(gè)問題，業(yè)界展開過很多研究，也提出了包括圖像、無線、地磁、慣導(dǎo)等多種室內(nèi)定位技術(shù)類型，其中僅就無線定位技術(shù)來說，就包括Wi-Fi、BLE、UWB、ZigBee、RFID等多種類型，可謂是五花八門、千頭萬緒。而面對這些選擇，鄧中亮教授在經(jīng)過多年鉆研與探索，提出了天地一體定位架構(gòu)，通過北斗+移動(dòng)通信網(wǎng)等多源融合定位等系列新技術(shù)，突破了異構(gòu)系統(tǒng)融合定位難題，實(shí)現(xiàn)跨物理層的信號融合，使得天地一體定位精度進(jìn)一步提高。
“5G是‘地上的網(wǎng)’，北斗是‘天上的網(wǎng)’，5G解決地面復(fù)雜空間信號覆蓋的問題，北斗解決時(shí)間基準(zhǔn)的問題，北斗+5G的融合與相互賦能帶來了海量的高精度、高時(shí)效的地理大數(shù)據(jù)”，在談到技術(shù)優(yōu)勢的時(shí)候，鄧中亮教授介紹說。在他看來，5G網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)勢就是速度快、時(shí)延低、允許接入的用戶多，現(xiàn)在也有了高精度定位的能力；而北斗系統(tǒng)，無論是測速精度還是授時(shí)精度、包括服務(wù)的可靠性都在行業(yè)前列。如此一來，二者的結(jié)合就可以滿足全覆蓋的高精度需求，發(fā)揮強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手的優(yōu)勢。
這也解釋了鄧中亮教授研究的初衷。作為業(yè)界頂尖學(xué)者、2014年全國十大科技創(chuàng)新人物、2020年獲全國創(chuàng)新爭先獎(jiǎng)獲得者，鄧中亮教授在無線定位理論、技術(shù)研究與工程實(shí)踐領(lǐng)域深耕了20多年，也多次榮獲國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)和國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)，發(fā)表核心論文超200篇，獲授權(quán)發(fā)明專利超百項(xiàng)。在他的帶領(lǐng)下，目前北郵核心團(tuán)隊(duì)已經(jīng)培養(yǎng)了國內(nèi)外博士20余名，碩士200余名，為我國網(wǎng)絡(luò)與位置服務(wù)領(lǐng)域培養(yǎng)了一批富有創(chuàng)新能力的師資隊(duì)伍和產(chǎn)學(xué)研人才，為構(gòu)筑國家無線定位領(lǐng)域研究與教學(xué)高地做出了重要貢獻(xiàn)。
厘米級定位，打造世界領(lǐng)先的定位平臺
早在2014年，在國家多個(gè)部委支持下，鄧中亮教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制了“羲和”系統(tǒng)，提出了高精度定位與通信融合的新型信號體制，把通信網(wǎng)變成了一張既能通信網(wǎng)、又能高精度定位的網(wǎng)。
“羲和”，這個(gè)以中國傳說中太陽神命名的稱呼，正如陽光那樣普照大地，其定位能力也達(dá)到了室外亞米級、城市室內(nèi)優(yōu)于3米的無縫定位導(dǎo)航能力，率先解決了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的“最后一公里”瓶頸，是我國在室內(nèi)位置服務(wù)科學(xué)研究技術(shù)的重大突破，經(jīng)由多名院士專家組成的專家委員會鑒定達(dá)到國際領(lǐng)先水平。值得一提的是，“羲和計(jì)劃”不僅僅是研制了一套系統(tǒng)，更形成了幾百項(xiàng)自主知識產(chǎn)權(quán)和一系列關(guān)鍵技術(shù)突破，相關(guān)研究還拉動(dòng)了從芯片到終端、從基站到網(wǎng)絡(luò)、從運(yùn)營到服務(wù)的整個(gè)導(dǎo)航通信產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
但隨著時(shí)間的發(fā)展，鄧中亮教授已經(jīng)不滿足于這樣的定位精度，為此他借助通信融合“共頻帶”定位方法、無線融合快速定位關(guān)聯(lián)計(jì)算方法、多系統(tǒng)融合高可靠定位等多種前沿技術(shù)手段，打造出了天地聯(lián)合定位架構(gòu)，建設(shè)了世界首個(gè)室內(nèi)外無縫高精度導(dǎo)航位置服務(wù)平臺。
天地一體定位是鄧中亮教授多年研究的重要成果，也是解決全時(shí)空定位導(dǎo)航難題的關(guān)鍵。上文提到，要想解決室內(nèi)外定位差異的問題，就需要實(shí)現(xiàn)通信導(dǎo)航融合，將室外高精度定位延伸至室內(nèi)，借助于5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)位置精準(zhǔn)感知服務(wù)，最終達(dá)到室內(nèi)外全空間無縫高精度定位的效果。而在談到為什么選擇5G而不是其他技術(shù)的時(shí)候，鄧中亮教授也是感悟良多。
“過去的技術(shù)限制了通信網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)應(yīng)用范圍和效能，但現(xiàn)在國家花費(fèi)巨資打造了全面覆蓋的5G網(wǎng)絡(luò)。隨著5G定位技術(shù)的突破，這張網(wǎng)絡(luò)的潛力被充分釋放出來，它可以實(shí)現(xiàn)分米級甚至更高精度的定位，這是前所未有的進(jìn)步。未來全球范圍內(nèi)的通信、導(dǎo)航、定位需求都可以在這張網(wǎng)絡(luò)上得到滿足，這讓它成為了全世界的共同選擇和共同目標(biāo)”。鄧中亮教授此時(shí)有些激動(dòng)，面對如此巨大投入的網(wǎng)絡(luò)，僅產(chǎn)生通話價(jià)值是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，鄧中亮教授更希望借助于5G的技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)無縫定位技術(shù)的突破。
“賦予通信網(wǎng)高精度的定位能力是全球關(guān)注的重點(diǎn)和核心”。據(jù)2023年全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)大會報(bào)告顯示：截至4月底，全國累計(jì)建成5G基站超過273萬個(gè)，5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋所有的地級市，5G移動(dòng)電話用戶6.34億戶，千兆光網(wǎng)用戶突破1億戶，移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)用戶達(dá)19.84億戶。即便承載了如此龐大的用戶，5G網(wǎng)絡(luò)依然有著充分的應(yīng)用活力，5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、低時(shí)延對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等技術(shù)覆蓋也起到了關(guān)鍵的橋梁作用。
這樣一來，以導(dǎo)航衛(wèi)星為核心，再整合所有5G通信網(wǎng)資源，就可以形成一張用于定位服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，而且不需要單獨(dú)去建設(shè)。通過將衛(wèi)星定位系統(tǒng)與無線通信網(wǎng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)更加全面和智能的定位導(dǎo)航服務(wù)，也可以應(yīng)用在交通、制造等眾多領(lǐng)域當(dāng)中——“解決通信和導(dǎo)航之間的矛盾，將通信和導(dǎo)航融為一體，將產(chǎn)生非常巨大的應(yīng)用前景?！?/p>
“我們?nèi)〉昧撕艽蟮耐黄?，我們的定位精度在與國際巨頭的比較中處于領(lǐng)先地位，這表明我們在定位導(dǎo)航領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)步和成就”。在采訪中，我可以明顯感覺到鄧教授在談及自身研究成果時(shí)的自信與底氣。當(dāng)提到該技術(shù)位于“世界前列”的時(shí)候，鄧教授特別強(qiáng)調(diào)——不是前列，而是領(lǐng)先。
這也是頂尖科學(xué)家實(shí)事求是的態(tài)度。一直以來，科技被視為第一生產(chǎn)力，而領(lǐng)先的技術(shù)更可以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的快速升級，從而奠定中國在該領(lǐng)域的領(lǐng)軍地位。具體到定位導(dǎo)航領(lǐng)域，鄧教授通過打造隱嵌信噪融合體系，解決了困擾多年的世界難題，形成了在技術(shù)上的大幅度突破。不僅如此，他已經(jīng)將該體系融入新的5G國際標(biāo)準(zhǔn)，也證明了中國在這一領(lǐng)域研究的頂尖優(yōu)勢，甚至鄧教授也自豪的表示——當(dāng)2017-2018年，當(dāng)其他國家還只有米級定位的時(shí)候，我們的北斗+5G室內(nèi)外無縫定位技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)分米級以上精度的定位。
持續(xù)保持技術(shù)領(lǐng)先，打造開放合作的生態(tài)系統(tǒng)
眾所周知，全球四大導(dǎo)航系統(tǒng)中，除了我們自己的北斗，還有美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯“格洛納斯”系統(tǒng)和歐洲“伽利略”系統(tǒng)。如今，我們已經(jīng)借助于北斗+5G室內(nèi)外無縫定位技術(shù)站在了世界前列，那么我們的優(yōu)勢在哪里，其他國家是否具備挑戰(zhàn)我們的實(shí)力，對我們造成威脅呢？針對這個(gè)問題，鄧教授也給出了自己的回答。
在他看來，任何技術(shù)發(fā)展都需要最終的應(yīng)用落地。無論是我們的北斗還是國外的GPS，也無論是5G定位還是WiFi、藍(lán)牙乃至于偽衛(wèi)星，每一種技術(shù)的落地都需要獨(dú)立投資和運(yùn)營。也正因?yàn)槿绱?，如果不加以合理?guī)劃和整合，不同技術(shù)的應(yīng)用智慧導(dǎo)致資源的浪費(fèi)和效率低下?！拔覀兊某霭l(fā)點(diǎn)是通過將5G網(wǎng)絡(luò)賦能高精度定位能力，以便在應(yīng)用時(shí)更加方便和高效。通過這種方式，我們可以利用已有的通信基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)賦能高精度定位導(dǎo)航的能力，從而節(jié)省大量的資源和成本，實(shí)現(xiàn)更好的定位服務(wù)”。
這不僅是技術(shù)問題，更是運(yùn)營成本與可持續(xù)發(fā)展的問題?！靶l(wèi)星定位導(dǎo)航之所以被選擇，一個(gè)重要的原因是其成本相對較低，只需投入600多億人民幣就可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，只要沒有遮擋，就可以實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航。對于很多空間目標(biāo)來說，它已經(jīng)能夠解決問題，所以這是一個(gè)很有吸引力的方案。另一方面，現(xiàn)在通信網(wǎng)的能力已經(jīng)相對較強(qiáng)，比如5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)達(dá)到了Gbps級的通信能力。在這種情況下，是否還需要類似Wifi、藍(lán)牙、超寬帶和偽衛(wèi)星這樣的技術(shù)來建設(shè)地面定位網(wǎng)，確實(shí)是一個(gè)值得探討和思考的問題。因此，未來的發(fā)展趨勢需要仔細(xì)研究和評估”。
對于那些還在糾結(jié)于使用何種技術(shù)的研究人員來說，鄧教授的一席話可謂是醍醐灌頂，也從技術(shù)、應(yīng)用、發(fā)展等多個(gè)角度對當(dāng)下的定位導(dǎo)航領(lǐng)域進(jìn)行了深度分析。當(dāng)然他也承認(rèn)未來或許還有更先進(jìn)的技術(shù)出現(xiàn)，這也恰恰要求科學(xué)家們持續(xù)的研發(fā)和創(chuàng)新，但就目前應(yīng)用來說，5G已經(jīng)成為業(yè)界最主流、也是最佳的選擇?！拔覀冏咴谑澜珙I(lǐng)先地位，更是在整個(gè)通信定位技術(shù)領(lǐng)域的最前沿。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)步和社會發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)”。
這就是鄧中亮教授的家國情懷，也是他“技術(shù)報(bào)國”精神的最好體現(xiàn)。當(dāng)然對于應(yīng)用來說，如何能夠快速、高效、低成本、大范圍的落地也是關(guān)乎未來國家發(fā)展與大眾應(yīng)用的關(guān)鍵問題。在談到生態(tài)建設(shè)與合作伙伴拓展的時(shí)候，鄧中亮教授也表示愿意打造“一個(gè)開放、合作的生態(tài)系統(tǒng)”——如果我們能夠建立更加開放的共識，充分利用互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的優(yōu)勢，將我們的成果共享給需要的人，不僅可以推動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展，也可以獲得更多的合作和支持。因此，我堅(jiān)信，只有形成更加開放、包容的科技生態(tài)系統(tǒng)，我們才能更好地促進(jìn)科技成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，為國家和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。這需要我們共同努力，解決相關(guān)的問題，形成更加開放和合作的科技文化。
我們正處在一個(gè)數(shù)字化發(fā)展、萬物互聯(lián)的智能化時(shí)代。在這個(gè)時(shí)代中，人與人的交互已經(jīng)不是全部，未來我們更多要像科幻電影中看到的那樣，進(jìn)行人與物甚至物與物之間的交互，這將是萬物互聯(lián)的世界。而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就意味著需要精準(zhǔn)的感知，需要讓數(shù)據(jù)在萬物之間自由流動(dòng)，而鄧中亮教授所研究的、所要實(shí)現(xiàn)的也正是如此。
如今，“北斗+5G”室內(nèi)外無縫定位技術(shù)憑借著技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢，已經(jīng)應(yīng)用在諸多領(lǐng)域中，比如智慧城市管理中的城市精細(xì)化管理、現(xiàn)代物流中的倉儲配送與存放、綠色智慧樓宇、智慧醫(yī)療、智能制造、智慧礦山等多個(gè)場景中。
正如鄧中亮教授在采訪中提到的：“’要服務(wù)全球、造福于人類’，這就對我們的技術(shù)和服務(wù)提出了更高的要求。我們也將積極尋求解決方案，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠更加精準(zhǔn)地測量定位，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)對各種復(fù)雜場景”。
