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科学大讲堂 | 北京航空航天大学施闯教授讲述北斗高精度定位导航授时研究

2021年3月25日下午,北京航空航天大学施闯教授来访我校,做客理学院第053期科学大讲堂,在创园9栋401会议室为我校师生带来以“北斗高精度定位导航授时研究及展望”为主题的精彩讲座。此次讲座由理学院地球与空间科学系系主任、中国科学院院士陈晓非主持。


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陈晓非主持讲座


嘉宾简介:

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施闯


施闯,北京航空航天大学电子信息工程学院教授、博士生导师。1991、1995、1998年在武汉测绘科技大学分别获得学士、硕士、博士学位;2000年起在德国地学研究中心任研究员;2004年起在武汉大学任副教授、教授,卫星导航定位技术研究中心主任等职。2017年5月起任北京航空航天大学教授。为国家杰出青年科学基金获得者,科技部“创新人才推进计划”重点领域创新团队负责人。

施闯教授曾任国际GNSS服务组织(IGS)武汉大学分析中心负责人、863计划“对地观测与导航”技术领域专家、“导航与位置服务”科技重点专项专家组召集人、“北斗导航重大专项应用推广与产业化”专家组组长、“国家北斗地基增强系统”副总设计师等。长期致力于高精度卫星导航定位理论方法、软件系统及其应用研究。主持广域实时精密定位系统、导航与位置服务系统、北斗地基增强系统关键技术等重大研发任务,发展和参与研制了我国自主的导航卫星精密定轨定位软件系统(PANDA),成果在我国“北斗导航重大专项”、“羲和系统”、“中国大陆构造环境监网络”“北斗地基增强系统”等国家重大科技和工程项目中得到成功应用。研究成果获国家科技进步奖一等奖1项(第一完成人)、二等奖2项(第一完成人)、国家科技进步奖创新团队奖1项(第六完成人)。近年来发表学术论文百余篇,其中SCI 68篇,授权专利17项,软件著作权5项。培养硕士博士研究生62人。 

目前其课题组主要研究方向为高精度卫星导航定位理论及应用,北斗地基增强系统,导航与位置服务。


讲座回顾:

北斗系统是我国自主研制的全球卫星导航系统,是国家重大时空基础设施。建立北斗增强服务系统,实现北斗的高精度定位、导航、授时(PNT),是提高北斗系统服务能力、提升其国际竞争力的关键。本次报告中,施闯教授介绍了实现北斗高精度PNT的最新研究和未来展望。施教授从北斗的发展背景、多系统全球卫星导航系统的融合定位、高精度定位服务的科学应用与工业应用等方面进行了介绍。


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讲座现场


北斗的建成主要分三个阶段:2000年建成北斗一代实验系统;2012年建成北斗二代系统,满足亚太地区PNT服务;2020年建成的北斗三代系统能够提供全球服务。北斗系统具有星基增强、短报文等特色功能,对于我国PNT的自主可控具有重要意义。

卫星定位导航的关键问题包括空间段(轨道摄动、卫星姿态、太阳光压、相对论效应)、传播段(电离层、对流层)、用户端(处理算法)、地面段(地壳运动)等产生的影响。施教授课题组建立了地球同步轨道(GEO)/倾斜地球同步轨道(IGSO)/中轨道(MEO)异构星座多姿控切换的偏航姿态等模型,提高了空间段的精度,并构建了中国区域高时空分辨率的卫星导航信号大气传播延迟格网模型,提高了传播段的精度,实现了北斗定位精度从米级到厘米级的转变。

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施教授在讲解


现场,施教授展示了北斗高精度定位系列处理平台,该平台可进行快速动态定位,定位中断恢复时间小于3秒,相对定位时间缩短至0.1秒。在此基础上,如何在市场应用中打破GPS系统的垄断将成为北斗的重要发展方向。施教授介绍了其团队成功将高精度北斗服务应用至中国交通监测,大大减少交通事故的案例,该项目获得了国家科技进步一等奖。在高精度定位的基础上,他还介绍了如何利用北斗系统进行广播式、广域、精密的北斗信号时间传递的研究工作。施教授课题组研发的北斗广域、实时、精密时间同步服务系统具有纳秒级精度,并具有低成本、实时、机动度高等特点。此外,施教授还介绍了北斗系统与其他大地测量手段相结合应用于地球科学的案例,例如大地震震级估算,板块运动、质量迁移、冰川变化、地球自转、天气监测等。

针对国家重大需求和国际导航发展动态,现场,施教授还研究探讨了“中国时空”技术架构及国家“十四五”重点科技专项的研究方向建议,并汇报了“卫星导航与移动通信融合技术”工信部重点实验室的主要研究方向和最新研究成果。


互动环节:

最后提问环节,现场师生针对北斗定位与室内定位无缝链接的最新进展、北斗授时服务的应用场景、数据处理方面的问题等进行提问,施闯教授一一详细解答并给出建议。

Q1:北斗系统能否在室内进行定位?

A1:包括北斗在内的所有卫星导航定位系统目前都无法在室内进行定位,因为卫星定位需要接收到卫星的信号,而在建筑物内部信号会受到遮挡,因此目前无法在室内进行高精度卫星定位。但是室内定位与室外定位的无缝链接是当前的重要研究方向,我们也在考虑相关问题,争取早日实现室内室外的综合导航、定位和授时服务。


Q2:利用卫星定位RTK方法进行定位有时会出现较大误差,而且该误差似乎跟天气有关,请问这个问题出现的可能原因是什么呢?

A2:RTK定位精度应该是较高的,并且其定位精度与天气的关系不大。在深圳定位精度差的话,可能与深圳上空电离层活跃度高有一点关系,另外与RTK采用的基站多少也有关系,如果是单个基站且距离较远的话精度的下降会比较大。其次,接收的天线和主板质量也可能对定位结果产生影响。我建议主要从基站服务端的服务方式、定位算法和硬件上查找原因。    

 

讲座后,陈晓非院士为施闯教授颁发理学院科学大讲堂荣誉证书并合影留念,讲座圆满结束。


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合影留念


图文:王珮 魏国光 薛长虎