1982年，鄧中亮剛剛走進(jìn)大學(xué)校門(mén)，選擇了當時(shí)的熱門(mén)專(zhuān)業(yè)機械制造，在畢業(yè)后從事汽車(chē)制造工作的過(guò)程，認識到國內外制造水平的差距，誕生了對新的專(zhuān)業(yè)知識的渴望。
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)習計算機輔助設計與制造以及在清華大學(xué)學(xué)習超精密加工理論技術(shù)期間，他在復雜型面數控加工研究與細菌加工技術(shù)方法探索中，需要結合電子科學(xué)和微電子等相關(guān)學(xué)科知識，就這樣鄧中亮無(wú)形中開(kāi)展了機械制造、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，因而在鄧中亮對導航技術(shù)產(chǎn)生興趣之后，他發(fā)現了通信和測繪學(xué)科在導航領(lǐng)域中不同的思路和方法，在嘗試從測繪角度解決導航問(wèn)題的同時(shí)結合了通信技術(shù)，最終形成了新的研究方向。
歐亞科學(xué)院院士，災備技術(shù)國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，災備技術(shù)國家工程研究中心的主任，鄧中亮也看到了他所主導的“高精度、高可信定位導航技術(shù)”與國家戰略相結合，為國家科技發(fā)展貢獻力量的可能。
“如果能夠最終為國家戰略增添一份力量，無(wú)論花多長(cháng)時(shí)間，都是有意義的。”鄧中亮說(shuō)。
01
天地一張網(wǎng)，解題“高精度”
衛星導航系統，通常有定位、航定位與授時(shí)三個(gè)指標。
有了高精度的定位，精準農業(yè)讓農民不再靠天吃飯，災害精準預測可以將受災的人群和損失最小化；而高精度導航對產(chǎn)業(yè)的意義，則早已深入人心。既有我們所熟悉的車(chē)輛導航，也有代表著(zhù)高精尖技術(shù)的航空導航和航海導航，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、高精度的標準時(shí)間信息，在現代社會(huì )的方方面面都離不開(kāi)精確的授時(shí)。
正因為高精度導航，對國家安全和產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新的意義之大。在2008年，科技部羲和計劃正式啟動(dòng)。
中國傳統神話(huà)中，羲和是太陽(yáng)神的母親，是我國上古時(shí)代時(shí)間歷法的創(chuàng )始人。取名羲和計劃的寓意，就是向大眾提供全空域、全時(shí)域、室內外無(wú)縫導航定位服務(wù)。
鄧中亮，一直是羲和計劃中無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )定位負責人和學(xué)術(shù)帶頭人。他所在解決的，正是困擾整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )定位導航業(yè)界的，那關(guān)鍵的三個(gè)字：“高精度”。
衛星定位導航可以達到從米級到分米級、厘米級，甚至毫米級的定位精度，但在收不到任何信號的遮蔽空間就完全沒(méi)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，羲和計劃的目標也是有兩個(gè)：首先，提高北斗在地面應用的精度與能力；其次，解決全球導航系統在遮蔽和半遮蔽空間中無(wú)法定位的問(wèn)題。
很多國內外的科研組織也提出了很多技術(shù)解決方案，他們或將技術(shù)攻堅的重點(diǎn)放在了衛星導航技術(shù)上，雖有進(jìn)步但收效甚微，或在室內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 )能夠達到與衛星導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。
“通信和導航之間實(shí)際上是有關(guān)聯(lián)的，首先，由于衛星信號在遮蔽和半遮蔽空間的覆蓋存在問(wèn)題，通信系統可以對此進(jìn)行覆蓋互補，以實(shí)現室內外全時(shí)空的覆蓋。其次，對于通信系統來(lái)說(shuō)，它也需要位置感知來(lái)確定用戶(hù)的分布，如5G等業(yè)務(wù)需要知道用戶(hù)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(shuō)。
這個(gè)設想本身非常有推動(dòng)落地應用的重要意義。國家通信網(wǎng)在4G到5G的建設投入總額接近兩萬(wàn)億，是衛星系統投入的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，它所蘊含的價(jià)值潛力，幾乎是無(wú)限大。
當然，這個(gè)設想既需要在理論和技術(shù)上實(shí)現突破，還需要結合具體場(chǎng)景的實(shí)踐。如果方向準確，那么在技術(shù)上是否可以實(shí)現呢？
02
解決困擾全球的技術(shù)難題
我們知道，如果無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)的精度不夠高，即使將通信網(wǎng)和衛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(wèn)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)現全時(shí)空的覆蓋，包括室外、室內以及地下的定位服務(wù)。
再將通信網(wǎng)和衛星融合在一起后，“天網(wǎng)”與“地網(wǎng)”在覆蓋層面上形成互補：在室外，衛星定位表現優(yōu)秀；而在室內和遮蔽空間，通信網(wǎng)的優(yōu)勢顯現。兩張網(wǎng)絡(luò )融合，就可以實(shí)現全空間的高精度定位服務(wù)。
因此，將通信網(wǎng)與衛星導航系統融合，實(shí)現高精度導航，也驅動(dòng)從定位導航產(chǎn)業(yè)化到位置服務(wù)商業(yè)化的轉變。
對于鄧中亮而言，他則要解決長(cháng)期困擾全球的高精度、廣覆蓋、室內外、無(wú)縫隙、低成本定位的基礎性問(wèn)題……
第一個(gè)關(guān)鍵，就是新技術(shù)的定位精度。
傳統技術(shù)，比如在室內采用WI-FI、藍牙或超寬帶技術(shù)，定位的精度最高可達3到5米左右，這在實(shí)際應用中是完全不能接受的。
通過(guò)羲和計劃的推動(dòng)，“我們取得了重大的突破：定位精度在與國際巨頭的比較中處于領(lǐng)先地位，超過(guò)他們一個(gè)數量級，。這表明我們在定位導航領(lǐng)域取得了顯著(zhù)的進(jìn)步和成就，未來(lái)的目標是將通信網(wǎng)的定位精度進(jìn)一步提高到厘米級甚至毫米級。”鄧中亮說(shuō)。
客觀(guān)地說(shuō)，對于個(gè)人用戶(hù)來(lái)說(shuō)，米級定位精度是足夠的，但對于智能駕駛、機器人服務(wù)等應用來(lái)說(shuō)，分米級或者厘米級的精度才可以解決大部分需求，而毫米級的精度則主要用于滑坡監測等特定領(lǐng)。可以說(shuō)，鄧中亮的這次在定位精度上的突破，讓精準定位在產(chǎn)業(yè)中的應用寬度得到了大幅的提升。
第二個(gè)關(guān)鍵，是解決運營(yíng)商通信資源緊缺的問(wèn)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(lái)自至少三個(gè)基站的信號來(lái)計算定位位置，這對運營(yíng)商來(lái)說(shuō)會(huì )因為加密基站信號增加成本，同時(shí)基站密度的增加也不是一個(gè)經(jīng)濟上可行的解決方案。
所以鄧中亮的目標是：實(shí)現資源共享復用，既不影響正常通信，也不需要獨立頻率資源，同時(shí)不改變基站的分布密度。在一種逆向思維的邏輯驅使下，鄧中亮建立了一個(gè)定位信號與通信信號同頻融合的體系，對時(shí)域、頻域、碼域等進(jìn)行了創(chuàng )新設計。此舉首次實(shí)現了在不占用獨立頻率、不改變原通信能力，也不改變基站分布前提下的廣域精確定位！
第三個(gè)關(guān)鍵，是無(wú)線(xiàn)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)復雜場(chǎng)景應用時(shí)，高精度定位要能夠表現出更強的可靠性。
這對鄧中亮來(lái)說(shuō)，則要力求極致的表現。“經(jīng)過(guò)一系列技術(shù)突破后，我們在室內和室外可以實(shí)現納秒級的同步，相當于0.3米的測量誤差，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，涵蓋了精準測量、網(wǎng)絡(luò )協(xié)同和智能控制。使得整個(gè)系統能夠更加精準地測量位置，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )之間的協(xié)同工作，并融入智能控制，以應對各種復雜場(chǎng)景。”
03
做千行百業(yè)數字化轉型的“創(chuàng )新底座”
事實(shí)上，我們能夠感知到精準定位技術(shù)，對文明社會(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(chēng)之為真正的智慧。
鄧中亮認為，“全世界對于時(shí)空感知的要求不斷提高。在上世紀，百米級的定位精度已經(jīng)算是不錯的，隨后發(fā)展到十米級、米級的定位精度。而現在，人工智能自動(dòng)駕駛已經(jīng)要求達到分米級的定位精度。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，如果定位精度無(wú)法達到米級以下，很多問(wèn)題將無(wú)法解決。這種高精度時(shí)空感知要求正是構建全行業(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(lái)的數十米精度提高到米級，可以實(shí)時(shí)監測移動(dòng)目標，為工廠(chǎng)的安全管理帶來(lái)了很大的改進(jìn)，如果出現意外事故，工廠(chǎng)可以更快速響應和決策，而不再需要被動(dòng)應對，這種技術(shù)的應用，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(lái)了顯著(zhù)的好處。
再比如在智能駕駛領(lǐng)域，如果車(chē)輛的定位精度不能達到分米級，就可能發(fā)生車(chē)輛之間的撞車(chē)、刮蹭等事故。這種高精度定位甚至還在疫情監控、疫情救援和特殊人群關(guān)愛(ài)等應用場(chǎng)景中發(fā)揮出應有的光芒。
還有綠色能源領(lǐng)域正在面臨的巡檢難題，使得無(wú)人機巡檢成為一個(gè)有效的解決方案。而無(wú)人機可以快速準確地巡檢高壓線(xiàn)路、太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機等設施，也有賴(lài)于高精度定位技術(shù)的應用。
很明顯，高精度導航將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，帶動(dòng)更大規模的服務(wù)業(yè)，為經(jīng)濟發(fā)展和轉型做出貢獻，已經(jīng)可以稱(chēng)之為千行百業(yè)數字化轉型的“創(chuàng )新底座”。
除此之外，鄧中亮特別指出了這項技術(shù)對北斗系統的“反哺”。“GPS比北斗建設早二十，GPS在全球導航市場(chǎng)上已占據了90%的份額，這意味著(zhù)北斗系統如果要超越GPS來(lái)爭取更大的市場(chǎng)份額，就必須尋找新的商業(yè)模式和新抓手來(lái)突破現狀。而信息域是一個(gè)重要的市場(chǎng)領(lǐng)域，通過(guò)在信息域中引入新的抓手和技術(shù)突破，可以帶來(lái)市場(chǎng)洗牌，為北斗贏(yíng)得更大的市場(chǎng)份額提供機會(huì )。”
因此，北斗系統必須與通信網(wǎng)絡(luò )結合，提供更強大的能力支持，在全球開(kāi)放服務(wù)的背景下，去搶占市場(chǎng)和保持領(lǐng)先地位。
“我國的衛星導航和移動(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。”鄧中亮說(shuō)。
