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仰望星空 定位寰宇

来源:  发布时间:2021-03-02

  
宋洁

  
  如果你早上9点抵达办公室,公司打卡系统却显示你迟到了,因为系统显示现在已经上午10点,而且你惊悚地发现所有人手机的时间都不统一,你会不会觉得恐惧?如果晚上11点你在机场叫了车,但又累又冷地等了1小时还没车接单,最后你发现手机把你的定位改成荒山野岭,你会不会顿时生气,大呼手机“垃圾”?也许平时人们感觉不到时间和位置对他们的重要性,但是一旦出现故障,他们的生活会立马失控。不过,不用担心,在中国科学院国家授时中心的努力下,这种情况不会出现。不仅如此,在吴华兵及团队的努力下,他们还会在“北斗”和5G的助力下把位置和时间信息设置得更加精确,满足国民用户的定位和用时需求。
  
时空追踪者
  在一台高科技智能化仪器前,吴华兵正聚精会神地盯着仪器和电脑数据思考,不断游移的鼠标,忙碌地记录着各种重要参数。电脑之内,一个虚拟现实的时空模型在他指下被构建。作为一名时空追踪者,他能够精确测量时间和位置。
  在吴华兵看来,“几点?在哪儿?站着别动,我去接你。”这种霸道又温柔的描写,代表着用户对高精度时间和位置的统一需求。作为中国科学院国家授时中心的科研人员,为人们提供高精度时间、空间服务是他工作的方向之一。目前,他主要从事卫星导航和时间同步研究,属于国家综合PNT体系。
  PNT,全称“定位导航授时”,是描述时间和空间的关键技术。随着时代和科技的发展,PNT对国民经济、国防建设、基础科研等方面意义重大。以国民经济为例,精准的定位导航授时服务,为电力系统、通信系统、智能交通系统、应急救援系统、野外考察、旅游业以及证券金融等,提供了极大的便利;以国防建设为例,统一的时空信息保证了进攻性战略武器的精确打击;以科学研究为例,精确的时间和位置信息为物理常数及其变化的测量、地球自转参数精密测量、射电天文研究等方面提供服务,为科学探索提供基础保障。
  作为综合国力的战略标志,PNT技术已经成为世界各国信息技术优先发展的对象。目前,我国与美国、欧洲正处于齐头并进态势。为显著提升国家时空信息服务能力,满足国民经济和国家安全需求,下一步,建成天地一体、覆盖无缝、安全可信、高效便捷的国家综合PNT体系,成为新时代发展的重中之重。
  吴华兵从小就对卫星导航产生了浓厚的兴趣。早在中学时期,电视上关于美国GPS的报道,让他感到既新鲜又兴奋。尤其是卫星导航可以对全球进行定位的知识,颠覆了他的认知,也加深了他对卫星导航的兴趣。从那时起,卫星导航的火苗就在他的心底悄然燃烧。大学期间,火苗越烧越旺,到了硕士阶段,吴华兵决定听从内心声音,果断转入卫星导航方向。随后,他一路前行,在博士毕业后,又跟随国家授时中心主任张首刚研究员从事博士后研究,以高精度时间同步作为工作的主要方向。在几年的艰苦磨砺后,吴华兵选择在国家授时中心留任。
  “国家授时中心是我国唯一、专门、全面从事时间频率基础研究和应用研究的科研机构,承担着我国国家标准时间的产生、保持和发播任务,责任重大。”在使命感召下,吴华兵选择在科研平台完善和科研队伍优秀的国家授时中心工作,担负起比同龄人更神圣的职责。
  浸润卫星导航领域多年,作为时间同步一线研究的排头兵,踏实能干的吴华兵深受硕博导师和国家授时中心领导的信任。在学习期间,导师经常将一些比较重要的科研任务交给他负责,让他在困难重重的战堡中历练。吴华兵也不负众望,不断地自我突破,进行创新,在一次次科研挑战中,吴华兵不断成长,超越自我。坚定的品性和不服输的干劲儿,让他在工作中崭露头角。在多次的考察之后,国家授时中心领导正式授予吴华兵时间用户系统研究室副主任职责,主要开展标准化时间统一系统和用户终端设备研究,为国家提供准确可靠的时间服务。
  目前,时间用户系统研究室在编人员有20余人,大部分具有博士学位,还有硕士生和博士生20余人。这为吴华兵科研工作的顺利开展提供了充足的马力。在团队、项目、政策三驾马车的带动下,研究室在时间同步研究上一路驰骋。
  
导航地面连接者
  吴华兵所在的时间用户系统研究室主要面向时间用户需求,开展用户时频系统、时间比对系统、定时终端、靶场时统的研究、研制以及标准化测试。近年来,研究室承担了多项国家重大专项、重点课题的研究,为国内用户提供了性能先进、质量可靠的终端设备,研制的设备在科学研究、国防建设等方面做出了突出贡献。
  2013年,吴华兵负责重大专项“RNSS授时型接收机技术”研究,提出了基于二代卫星导航的授时型接收机技术方案,并解决了新体制信号单向授时中电离层时延改正、接收机通道时延标定、接收机时钟建模等关键技术。2014年9月,原理样机参加了北斗办组织的第三方比测,获得第一名。2015年9月至2016年12月,在“北斗”试验卫星工程在轨试验中,工程样机成功完成测试任务。
  此外,在由中国科学院空天信息创新研究院、国家授时中心以及国家天文台等单位共同承担的卫星导航试验系统中,吴华兵作为主任设计师负责完成系统中三频监测接收机、C1/Cn频点监测接收机、B1/B3频点监测接收机、C波段性能测试接收机、北斗增强接收机、差分基准接收机、差分用户接收机、C1单频接收机、C1/C2双频接收机、C1/Cn双频定位接收机、Cn授时接收机11类58台具有完全自主知识产权的接收机研制。2017年,团队在西安、北京、三亚三地完成了系统测试,在卫星信号弱、卫星数目少、DOP值较大的环境下,定时精度优于4纳秒,接收机的定位、测速和定时指标也达到国内先进水平。
  但卫星导航系统也存在盲区。“卫星导航系统可服务于地面及近空用户,但对于深空探测的动态用户,以及深海探索的水下用户,如何保证他们获得高精度的时间同步和位置信息,是未来待解决的两大难题。”吴华兵说。
  目前,基于5G发展,吴华兵团队结合国家PNT发展需求,开展“北斗+5G”研究,实现导航通信一体化。吴华兵认为:“2020年,‘北斗三号’系统完成全球组网,同样在2020年,我国的5G开始大规模商用。这不仅是时间上的巧合,也是‘北斗’和5G之间的彼此需要。”未来,“北斗”和5G的强强联手,势必能在提升国家安全的同时,打造出智能安全的信息基础设施。
  
科研信念传承者
  科研之路漫长、枯燥且艰辛。对于一心扑在科研工作上的吴华兵来说,“326”精神、“CAPS”精神是支撑他跨过难关的两大信念。
  吴华兵介绍说,20世纪50年代,中国刚刚成立,百废待兴。当时,毛主席说:“中国必须有中国的标准时间,中国的时间不能掌握在外国人手里!”在时代要求下,1966年3月26日,周恩来总理亲自主持召开国务会议,把建设我国标准时间授时台的计划正式确定下来,代号“326”工程。经过艰辛发展,20世纪70年代末,老一辈科学家研发的BPM短波台建成并投入使用,满足了当时国家重大国防任务急需。
  现在,“淡泊名利,甘于清贫,无私奉献,科技报国”的“326”精神,成为授时人的精神食粮,传承至今。
  到了2000年年初,挑战再次来袭,但授时中心同样不畏艰难,出色完成了国家项目。这种开拓精神,在一代代授时人身上发扬,传承,直至深入骨髓。
  现在,这两种精神在吴华兵身上汇聚。作为新一代科研人,他肩上的责任更重,面对的挑战更大。当前,我国5G发展进入商用的关键时期,“北斗”和5G两项“大国重器”的融合,已经成为业界热点。如何将两项技术深度融合,在“北斗+5G”赛道上抢先一步,成为时代赋予研究室的重大使命。虽然对手越来越多,竞争越来越大,但吴华兵团队在传承精神的鼓励和岁月的打磨下,已经做好了面对一切的准备。
  

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2022年4月

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