【高端访谈】许其凤:老骥不伏枥 志在导航建设“北斗”-北斗科技文化网

许其凤,中国卫星导航定位专家。1936年1月出生,天津市人。1958年毕业于解放军测绘学院,获硕士学位。曾任“中国第二代卫星导航系统重大专项专家委员会”委员、国家重大科学工程“中国大陆构造环境监测网络工程”专家。现任解放军信息工程大学导航与空天目标工程学院教授。2005年当选中国工程院院士。

 

许其凤长期从事“卫星大地测量与导航定位”领域的教学与科研工作,是中国最早开展卫星大地测量与GPS技术研究的学者之一。主持和承担了20多项国防型号和军队重大科研项目,取得了多项研究成果。获全国科学大会奖1项,国家科技进步二等奖2项,军队科技进步一等奖3项。所著《GPS导航与精密定位》(1989年)是国内第一本全面论述GPS技术的专著,所著《空间大地测量学-卫星导航与精密定位》被列为国家级重点教材。1978年获全国科学大会奖,1996年获国家科技进步二等奖,2005年获军队科技进步一等奖。

 

4月29日,【北斗科技文化网】看望慰问了北斗二号卫星星座方案的设计者——许其凤院士。

许院士正在北京养病,当和我们聊到他的工作,聊到“北斗”时,很明显感觉他的精神一振,声音也大了起来,仿佛回到了热爱的三尺讲台,滔滔不绝又细致精准。

 

01

- GPS卫星星座方案“看起来很美” -

 

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北斗导航系统卫星组网效果图

 

在北斗二号卫星导航系统设计论证过程中,曾经提出过好几种卫星星座设计方案,大多数都沿袭了美国GPS的设计思路。

许院士回忆最早的方案是16颗卫星,采用和美国GPS一样的MEO卫星,24颗MEO 减半就是12颗,加上4颗静止轨道的GEO,构成一个区域卫星导航系统。

许院士评价这也是一个很不错的方案,没有采用主要是考虑到不适合我国国情

 

一、卫星导航系统关键是要测准卫星轨道,才能导航准确。测准卫星轨道需要在全球合理布设监测站,在一小块地方测全球轨道是测不准的,美国在全球到处都有军事基地,中国没有这个条件。

二、当时我国经济实力还不行,尽量少发一点卫星。

 

少发卫星就要提高卫星的利用率,许院士做的第一个个课题研究就是卫星的利用率问题。通过研究和计算机仿真,证实美国GPS卫星对我国应用利用率只有40%

而且导航系统使用的都是外推轨道,美国为了缩短外推时间,全球布设监控站和注入站,保证最大外推时间是4小时,而我国监控站和注入站有限,最长外推时间是16小时,精度会衰减到“不忍心”看。

加上我国星载原子钟发展相对滞后,1小时外推可以保证1纳秒精度,外推2小时就递增变成4纳秒……

 

02

- “北斗”是第三个而非第三流 -

 

 

许院士说,如果当时采用了和GPS一样的卫星星座方案,做出来的导航系统将是第三流的,可不是现在的风光

那么,如何在当时的国情条件下“钱少花事办好”,设计出一套最优的卫星星座方案?

许院士创造性地提出5 GEO+5 IGSO北斗星座方案(最后定型的设计为5 GEO +5 IGSO+4 MEO),区域组网卫星使用数量比GPS方案少,只这一项就能减少22亿元投入。

这在世界上也是第一次用IGSO卫星进行定位,打破了技术封锁,使我国成为世界上第三个具备自主无源卫星导航定位能力的国家。

同时,许其凤还提出准实时校正运行方案,保障了系统的高精度导航性能和稳定性,并拥有独特的短报文功能。

 

03

- 北斗二号可不比GPS差! -

 

 

MEO卫星绕地球旋转,每天只有30%的时间位于中国的国土上空。IGSO 大8字轨道最大特点是局部增强导航性能,在我国的应用率可达到80-100%,并且80%只是少量情况,绝大部分都是100%,因此减少卫星数量也能起到同样效果,立足我国本土设站即可实现对全系统的监控。

许院士说,卫星导航系统跟别的系统不一样,你知道什么时候精度好什么时候精度坏,对方也知道,精度最差的时间恰恰是对方可能发起进攻的时间点。所以要选择精度最差的时间点来表征系统的精度和性能。

北斗在刚投入使用就能达到水平4~5m,高程5~6m的精度水平,而且北斗还有很大进步空间,精度还能进一步提高。

 

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服务区域可见卫星数分布图

 

在我们所需要用的地方,“北斗”精度不会比GPS差。比如说,精度好坏与用户能看到的卫星数量有关,GPS号称最少看到4颗,好的时候可以看到10颗。北斗区域卫星导航系统在亚太地区具有良好的几何覆盖,在60°S~60°N和65°E~150°E之间的区域内,北斗可见卫星数在7颗以上,可满足不同用户的导航定位需要。

导航系统有高精度和中等精度区域,越靠边精度越差,中间精度最好。许院士很欣慰的说,至少我军重点关注的敏感地区都尽在北斗高精度区域囊括之中了。

 

04

- 事了拂衣去,深藏功与名 -

 

许院士:在“北斗”整个建设过程,我做的一小部分工作是大地测量技术人员该做的。

与硕果累累的科研成就和无数的荣誉相比,许院士做人非常低调。他对物质生活没有要求,数次拒绝国内外其他科研机构的优渥邀约,只做国家的“螺丝钉”。

长年的高强度工作科研和凑合了事的饮食作息侵蚀了健康,但许院士依然乐观坦然,还乐呵呵地拿自己的身体状况跟我们逗趣。

环顾许院士的病房,衣物鞋袜说不上质地多好,甚至数量都很有限,使用的生活用具也都是便宜货,但桌子上摞着专业书籍和纸笔,即使在养病期间,他也没有停下科研。

 

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许其凤在《北斗文化揽萃》邮册上签名

 

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