衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的技術(shù)攻堅(jiān)者

李剛

2020年4月20日，國家發(fā)改委正式將“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”納入“新基建”。這標(biāo)志著：2020年將成為我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)元年，并預(yù)計(jì)其將成為貫穿“十四五”的重要投資陣地。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)顧名思義，就是靠衛(wèi)星來提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。一般來講，地面網(wǎng)絡(luò)通信主要依靠基站，而衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)則是基于衛(wèi)星接入互聯(lián)網(wǎng)，是衛(wèi)星通信與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的產(chǎn)物，也是信息通信網(wǎng)絡(luò)從平面到立體的重要拓展。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，不僅提供了另外一種互聯(lián)網(wǎng)接入方式，彌補(bǔ)了地面通信覆蓋的不足，使得如偏遠(yuǎn)地區(qū)、高空飛機(jī)上也可獲得不間斷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；更重要的是它具有廣覆蓋、大容量、高機(jī)動(dòng)的優(yōu)勢，在航海通信、應(yīng)急通信、科考勘探等領(lǐng)域有著不可替代的作用。

航天夢助推中國夢，而衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)便是航天夢的重要組成部分。作為中國航天衛(wèi)星通信設(shè)備的中堅(jiān)力量，北京理工大學(xué)通信與網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室工程師宋哲，一直與團(tuán)隊(duì)成員們奮斗在我國“衛(wèi)星通信測量”的一線。多年來他們以夢為馬，用扎實(shí)的科研基礎(chǔ)，不懈的科研實(shí)踐，為我國的航天衛(wèi)星通信事業(yè)發(fā)展做出了關(guān)鍵貢獻(xiàn)，為早日擺脫國外的技術(shù)控制，走出了屬于中國科研人擲地有聲的腳步。在國家發(fā)改委正式將“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”納入“新基建”的背景下，他們?cè)谘芯款I(lǐng)域打破更多未知，在商業(yè)航天領(lǐng)域這一夢想之地，施展科研抱負(fù)的決心也愈加堅(jiān)定。

立志：打造屬于中國的衛(wèi)星通信技術(shù)

2008年5月12日14時(shí)28分，中國四川發(fā)生了里氏8.0級(jí)特大地震，這是新中國成立以來破壞性最強(qiáng)、波及范圍最廣、救災(zāi)難度最大的地震。在這場災(zāi)難中，數(shù)萬同胞失去生命，數(shù)百萬群眾失去家園……這一年，對(duì)于中國通信人來說，同樣是難以忘懷的一年，每當(dāng)談起，宋哲的心中總會(huì)涌起很多的感慨與遺憾。

當(dāng)時(shí)，因?yàn)榈卣鹜蝗槐l(fā)，地面通信全部中斷，有線交換局受損616個(gè)，無線基站受損16507個(gè)，電話和手機(jī)無法接通，這為救援工作帶來了極大的困擾。而這種失去通信的情況，一直持續(xù)了31個(gè)小時(shí)，直到救援人員依靠美國的衛(wèi)星電話，才讓重災(zāi)區(qū)與指揮部取得了聯(lián)系，且直到147個(gè)小時(shí)后，災(zāi)區(qū)通信才徹底恢復(fù)?！爸袊鳛槭澜绱髧唬诔霈F(xiàn)關(guān)鍵事故情況時(shí)，只能用其他國家的衛(wèi)星通信設(shè)備，這件事對(duì)于我們通信人來說，是很沉重的打擊。”宋哲說。正是在這一背景下，她和團(tuán)隊(duì)成員們決心在衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域展開一系列攻關(guān)。

事實(shí)上，從本科開始，宋哲就積累了一系列科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。2005年，宋哲以627分的高考成績考入北京理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)班，在大三時(shí)期，她就作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，完成了作品“廢舊電池回收機(jī)”并參加了北京市機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，獲北京市機(jī)械設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)，并以北京市第6名的成績獲得晉級(jí)全國賽的資格。在此之后，她又在武漢參加了全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，第一輪即出線獲得了全國機(jī)械設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)。除此之外，她還作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，申請(qǐng)并完成了“基于ARM嵌入式的汽車身份識(shí)別系統(tǒng)”項(xiàng)目，而這也是第一批獲國家資助的全國大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目之一。在研究中，從需求分析到系統(tǒng)建模、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，以及總結(jié)報(bào)告的撰寫，都有一套十分完整的流程。而這些經(jīng)歷也在無形中培養(yǎng)了宋哲更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S。

2009年，宋哲以專業(yè)第8名的成績被保送至北京理工大學(xué)通信與網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室攻讀研究生。研究生階段，她就參與了兩項(xiàng)國家自然基金項(xiàng)目，負(fù)責(zé)航天、雷達(dá)、武器用測試設(shè)備研發(fā)，包括誤碼率分析儀、上行信號(hào)分析儀、下行信號(hào)分析儀、指令模擬器等。2012年，宋哲順利獲得了實(shí)驗(yàn)室突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，以及校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文獎(jiǎng)勵(lì)。多年的科研實(shí)踐經(jīng)歷，培養(yǎng)了她重視“工程實(shí)踐”的思想與意識(shí)，為她今后科研工作的開展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。研究生畢業(yè)后，宋哲基于自己的研究經(jīng)驗(yàn)，選擇繼續(xù)扎根北京理工大學(xué)通信技術(shù)研究所從事科研工作，在衛(wèi)星通信測量領(lǐng)域不斷篤行、開拓。

扎根：衛(wèi)星通信測量領(lǐng)域的數(shù)年攻關(guān)

衛(wèi)星通信測量領(lǐng)域的技術(shù)突破，是大國科技競爭力的體現(xiàn)，與國家利益密切相關(guān)。

2011年，美國人針對(duì)中國出臺(tái)了《沃爾夫修正案》，該法案幾乎阻斷了中美在太空領(lǐng)域的所有合作，航天領(lǐng)域高端測量技術(shù)對(duì)我國嚴(yán)格封鎖，高端測量設(shè)備完全禁運(yùn)。這對(duì)于中國的通信領(lǐng)域來說，無疑面對(duì)著前所未有的困難與挑戰(zhàn)。

“科學(xué)沒有捷徑可走。通往真相的路，得自己尋找。”宋哲深知：依靠國外的相關(guān)技術(shù)建構(gòu)起我國的通信網(wǎng)絡(luò)的方法治標(biāo)不治本，核心技術(shù)卻永遠(yuǎn)被人“卡脖子”。在這一背景下，她和研究團(tuán)隊(duì)成員們勇?lián)缟系穆氊?zé)與使命，一直在不遺余力地支持和發(fā)展我國的衛(wèi)星通信技術(shù)，多年來從未懈怠。

測量是對(duì)衛(wèi)星研制、發(fā)射和在軌過程中所產(chǎn)生偏差的量化測定，貫穿了通信衛(wèi)星的全生命周期，是衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵一環(huán)。在進(jìn)入北京理工大學(xué)通信技術(shù)研究所從事學(xué)習(xí)和科研工作的多年來，宋哲參與/主持了系列化衛(wèi)星通信測量儀的研制，并通過與研究團(tuán)隊(duì)成員多年的創(chuàng)新探索，在理論研究、技術(shù)研究以及硬件研制方面取得了一系列創(chuàng)新性科研成果。

在理論研究中，他們揭示了大規(guī)模通信衛(wèi)星參數(shù)同時(shí)可辨識(shí)機(jī)理，提出了面向衛(wèi)星通信的參數(shù)矩陣并行測量新模型，團(tuán)隊(duì)成員作為第一作者發(fā)表SCI論文12篇。

在技術(shù)創(chuàng)新研究中，他們發(fā)明了通信陣列正交解耦測量技術(shù)，將串行測量轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿袦y量，研制了我國首套衛(wèi)星通信陣列參數(shù)矩陣并行測量儀。發(fā)明了任意碼率調(diào)制解調(diào)技術(shù)，提出了覆蓋9種調(diào)制模式的衛(wèi)星通信可重構(gòu)測量架構(gòu)。發(fā)明了基于正交調(diào)制的多模信號(hào)解析方法，實(shí)現(xiàn)了20余種連續(xù)/突發(fā)波形的低復(fù)雜度產(chǎn)生，研制了多分量寬帶模擬源。

在硬件的研制方面，他們成功研發(fā)了多款“FPGA+高速ADC+高速DAC”體制的復(fù)雜信號(hào)處理板卡。成功研制了多模式衛(wèi)星通信信號(hào)處理芯片，實(shí)現(xiàn)多種不同模式衛(wèi)星通信信號(hào)的收發(fā)。從需求分析到前后端設(shè)計(jì)均獨(dú)立完成，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

優(yōu)秀的研究成果，得到了領(lǐng)域內(nèi)的廣泛認(rèn)可。兩家國家一級(jí)計(jì)量單位為宋哲團(tuán)隊(duì)研發(fā)的儀器出具第三方檢測報(bào)告：“衛(wèi)星通信測量儀的幅度測量精度優(yōu)于±0.1dB、相位測量精度優(yōu)于±1°?！睂?duì)比行業(yè)內(nèi)的其他產(chǎn)品，他們所研制的產(chǎn)品價(jià)格大幅下降，具有良好的國際競爭力。值得一提的是，由宋哲參與的“衛(wèi)星通信陣列測量技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目還獲得2019年度國家科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，而這些都是對(duì)她多年來堅(jiān)持科研創(chuàng)新開拓的最大肯定。

無畏：創(chuàng)新開拓的科研攻艱路

寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來?？茖W(xué)研究困難常在，唯有攻克一切困難，朝著目標(biāo)不懈努力，方能獲得成功。“在科學(xué)研究的道路上，特別是想要往上攀登科研高峰的時(shí)候，其實(shí)是一個(gè)非常痛苦的過程。”宋哲說。而如今回憶起科研路上所經(jīng)歷的一系列艱辛?xí)r刻，她仍認(rèn)為這一切經(jīng)歷都是寶貴且值得的。

在目前衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，相控陣天線是最重要的一種天線形式，由天線陣、饋電網(wǎng)絡(luò)和波束控制器三個(gè)部分組成。尤記得在“北斗”相控陣天線的測試中，宋哲及其研究團(tuán)隊(duì)就經(jīng)歷了艱難的攻關(guān)時(shí)刻?！耙?yàn)樵蹅儑业谋倍穼?dǎo)航系統(tǒng)有非常高的時(shí)間精度要求，而測量儀器的精度要求比北斗還要高兩個(gè)數(shù)量級(jí)?！币虼?，當(dāng)時(shí)在接到這項(xiàng)任務(wù)時(shí)，宋哲課題組都承受著很大的壓力。

為了攻克研究中出現(xiàn)的設(shè)備問題，宋哲與研究團(tuán)隊(duì)一行人還來到了中國航天科技集團(tuán)有限公司五院（504所）西安分院的舊址，利用當(dāng)時(shí)做遠(yuǎn)距離實(shí)驗(yàn)的相關(guān)儀器，展開了一系列探索。為了順利解決當(dāng)時(shí)研究中出現(xiàn)的問題，宋哲及其研究團(tuán)隊(duì)的一行伙伴，每天早晨六七點(diǎn)鐘就要去現(xiàn)場展開實(shí)驗(yàn)攻關(guān)，晚上一兩點(diǎn)鐘才能回到住處。在這種情況下，經(jīng)過一次次的失敗與不斷的嘗試，他們把軍事通信中的干擾抵消應(yīng)用其中，最終成功解決了相關(guān)的技術(shù)問題，并申請(qǐng)了多項(xiàng)相關(guān)專利。航天五院出具了相關(guān)專利的應(yīng)用證明，認(rèn)定相關(guān)技術(shù)填補(bǔ)了衛(wèi)星通信領(lǐng)域時(shí)延差測量的空白，保證了“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間精度。如今回想起這段時(shí)期，宋哲腦中所想到的都是當(dāng)時(shí)攻關(guān)探索的難忘經(jīng)歷，“雖然辛苦但經(jīng)歷是無價(jià)的。”宋哲說。

前行：再譜衛(wèi)星互聯(lián)時(shí)代新篇

習(xí)近平總書記曾說過：“青年是祖國的前途、民族的希望、創(chuàng)新的未來。青年一代有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)，科技就有前途、創(chuàng)新就有希望?！睂?chuàng)新的思想融入血液，將產(chǎn)業(yè)化的觀念融入靈魂，將對(duì)科研的熱愛化為促進(jìn)自己不斷前行的動(dòng)力。在科研前行的道路上，宋哲的初衷始終如一。

作為一名科學(xué)研究者，她對(duì)創(chuàng)新也有著屬于自己的看法。在她看來，創(chuàng)新也應(yīng)劃分為不同的層級(jí)。理論或原創(chuàng)性的創(chuàng)新，是最難的，也能帶來更多的收益。第二個(gè)層級(jí)的創(chuàng)新，就是應(yīng)用方面的創(chuàng)新，比如用老方法解決新問題、用新方法解決老問題。在衛(wèi)星通信測量中，如果只是考慮與測量相關(guān)的理論和技術(shù)，就很難實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。而宋哲團(tuán)隊(duì)在衛(wèi)星測量方面能做出大量創(chuàng)新性科研成果的原因，就是因?yàn)樗麄冊(cè)谝苿?dòng)通信和軍事通信領(lǐng)域都有著非常深的科研積累。

做移動(dòng)通信出身的科學(xué)家對(duì)碼分多址（C D M A技術(shù)）都不陌生，這一技術(shù)在移動(dòng)通信中已經(jīng)是一項(xiàng)十分古老的技術(shù)，但是，宋哲及其研究團(tuán)隊(duì)卻創(chuàng)新性的將CDMA技術(shù)應(yīng)用在了衛(wèi)星通信測量中?！霸谙嗫仃囃ǖ赖臏y量中，如果一個(gè)通道一個(gè)通道去測，速度就會(huì)非常的慢。而將CDMA技術(shù)應(yīng)用其中，將每一個(gè)通道當(dāng)作移動(dòng)通信中間的一個(gè)用戶，就能打破傳統(tǒng)方法的限制，一次性將通道全都測完，把效率提高了100倍?！彼握苷f。正是多年在科學(xué)研究領(lǐng)域的不斷摸索、實(shí)踐、創(chuàng)新，才鑄就了宋哲及其科研團(tuán)隊(duì)眾多科研成果的誕生。

在與團(tuán)隊(duì)成員并肩前行的道路上，宋哲也逐漸將創(chuàng)新的科研理念的融入自己的血液中。如今，她也在將這種思想與觀念承襲下去，更好地影響自己的學(xué)生。

在學(xué)生的引領(lǐng)中，她始終認(rèn)為：當(dāng)代科研人不僅要會(huì)寫論文，還應(yīng)該真正具備工程實(shí)踐能力，這才是社會(huì)所需要的?！拔覀儓F(tuán)隊(duì)的學(xué)生培養(yǎng)主要分4大類，即軟件、硬件、邏輯、算法這4大類工程師，每位學(xué)生按照自己的興趣愛好選擇其中的一類，然后老師會(huì)在這一方向中培養(yǎng)學(xué)生的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)?！彼握苷f。在學(xué)生的培養(yǎng)過程中，他們十分注重學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、動(dòng)手能力、口頭表達(dá)能力的系統(tǒng)培養(yǎng)。而多年來，他們的教學(xué)方法也得到了很好的社會(huì)反饋。迄今為止，團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)的很多學(xué)生已成為我國科研院所以及高新技術(shù)單位的中堅(jiān)力量。

未來任重而道遠(yuǎn)，我國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域又將迎來新的變革。近年來，我國加快商業(yè)航天發(fā)展，航天領(lǐng)域正在逐步向民營企業(yè)加快開放，再加之近期“新基建”的導(dǎo)向作用，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)正成為市場上的新“風(fēng)口”之一。市場預(yù)計(jì)，中國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正處于爆發(fā)前夜。未來10年國內(nèi)低軌衛(wèi)星系統(tǒng)中衛(wèi)星規(guī)模有望達(dá)到3000～6000顆的水平，2030年，中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)總體市場可達(dá)到千億規(guī)模。

一切過往，皆成序章。在這一背景下，宋哲及其研究團(tuán)隊(duì)又將迎來新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。未來，她還將和研究團(tuán)隊(duì)成員們趁著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，投身到商業(yè)航天領(lǐng)域的時(shí)代洪流中，進(jìn)行一系列全新的嘗試與開拓?！拔覀兊哪繕?biāo)是將來不管什么時(shí)候，以任何形式，能通過自己研發(fā)的科研技術(shù)，幫助國家的某一研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，真真正正地于國于民做出科研貢獻(xiàn)。”宋哲堅(jiān)定地說。

未來，征途依舊漫漫。未來，腳步更大更遠(yuǎn)！