武汉大学卫星导航定位技术研究中心: 走在高精度卫星导航与应用的前沿
卫星导航定位技术研究中心工作人员在泰国培训北斗地基增强系统
上世纪90年代,GPS技术进入中国。
几乎同一时间,武汉测绘科技大学(后并入武汉大学,下称武测)一支研究团队就敏锐地意识到GPS技术对测绘行业及国民经济建设的革命性意义。1998年,刘经南院士带领着一支研究团队牵头成立了GPS工程技术研究中心;2000年武测合并到武汉大学后,GPS工程技术研究中心成为武汉大学测绘及相关学科直属科研机构之一,并在2006年更名为武汉大学卫星导航定位技术研究中心(下称中心)。
自2009年起,作为国内最早研究卫星导航定位技术的团队之一,中心从GPS研究为主,转向围绕我国北斗卫星导航系统建设与应用的重大需求、瞄准国际卫星导航领域前沿方向做出了许多开拓性的尝试,开展了导航基础理论、方法、软件平台及关键应用系统的研究。在平台建设方面,中心建立了“GNSS实时数据平台”、“高精度卫星导航数据处理软件平台”、“全球GNSS数据分析与处理平台”、“导航终端开发与测试平台”四大基础研发平台,支撑中心在高精度时空基准、导航卫星精密定轨定位、卫星导航增强系统、组合导航终端、协同精密定位与位置服务等研究方向的长期发展。
近年来,中心的研究成果有力支撑了我国北斗卫星导航系统的研制建设和推广应用,先后解决了广域实时精密定位、北斗地基增强与高精度导航定位、羲和系统架构、北斗高精度坐标参考框架建立与维持、全球连续监测评估高精度数据处理、国产对地观测卫星高精度定轨等一系列核心关键技术,研制了我国广域实时精密定位服务系统、首个省级(湖北)北斗地基增强示范系统、首个北斗沿海(渤海)差分导航与精密定位服务系统、国家北斗地基增强数据处理软件系统、IGMAS数据处理系统等重大技术系统。
以解决国家和行业需求为导向,中心取得了诸多成果:2012年,以施闯教授为带头人的研究团队获批国家科技部“重点领域(卫星导航定位)创新团队”;2013年,研究团队被原总装备部和国防工局授予“北斗二号卫星工程建设突出贡献集体”荣誉称号;2014年,以刘经南院士为导航方向带头人的“武汉大学对地观测与导航”研究团队获国家科技进步奖(创新团队)。
据了解,中心的两重大科研成果,一是解决了高精度卫星定位数据处理软件的国产自主化问题,二是解决了北斗广域实时精密定位的问题。
PANDA软件的成功研发,就是高精度卫星定位数据处理软件自主化中的代表性成果。
要铺开北斗高精度定位系统建设与应用,核心数据处理软件的自主研发迫在眉睫。中心为此自主研发了PANDA软件,具有自主知识产权,得到国家自然科学基金委、863计划(国家高技术研究发展计划)、973计划(国家重点基础研究发展计划)、“陆态网络”工程、HY-2卫星预研等相关项目的支持。
1998年前后,国家成功建立高精度GPS网;2000年,中心“国家高精度GPS网布测方案、施测技术和数据处理的研究”获得了国家科学技术进步二等奖。而PANDA软件作为我国完全自主知识产权系列软件,其后被德、英、加、澳、荷、日、美、芬兰等国的知名研究机构引进,作为科研和研究生培养的基础软件平台;它的面世,意味着我国掌握了高精度数据处理的核心自主技术,打破了国外软件的垄断。
广域实时精密定位项目则是中心的另一个代表性成果。随着国民经济建设对快速、实时的精密定位需求越来越大,国内动态CORS网与RTK市场迅速发展,到2004年前后CORS网已在我国遍地开花。
为解决CORS系统广域技术的自主问题,2010年起中心在863计划的支持下研制广域实时精密定位服务系统,并在北斗推出后发展成为北斗地基增强系统,主要工作是解决在北斗卫星导航系统、RTK的算法,并与接收机匹配。2012年11月,中心提供技术依托,促成北斗地基增强系统湖北示范项目的建设,该项目为全国首个省级北斗地基增强网。
中心积极组织对外交流,利用国际合作推广北斗应用。在国际卫星导航研究领域,中心正发挥着越来越重要的影响力。
2012年,经过施闯教授的精心组织策划和实施,中心通过了国际卫星导航服务组织(International GNSS Service,简称IGS)组织长时间严格的审核,一举成为首个非欧美地区的IGS实时和多系统分析中心。这一事件被誉为我国卫星导航研究领域一个重大进步,进入国际先进行列。根据2012年IGS官方年报的评测,中心计算生成的GNSS卫星厘米级超快速精密轨道与钟差产品,其产品质量在全球9家同类分析中心中位居前三名。
2014年,IGS主席正式通知武汉大学卫星导航定位技术研究中心建设其全球第五个IGS数据中心。该数据中心将向全球卫星导航定位用户免费提供国际IGS基准站观测数据、GNSS卫星精密轨道和精密钟差和地球自转参数等数据服务。武汉大学IGS数据中心的建设,将改变我国卫星导航用户完全依赖于国外数据中心的现状,使我国用户下载GNSS数据的速度从过去数十KB每秒提升至数MB每秒。
国际上,中心代表我国成为IGS的数据中心、实时数据分析中心及电离层数据分析中心,打破了近三十年欧美研究机构对这一领域的垄断地位;同时,发表SCI收录论文193篇,EI收录论文225篇(其中ESI高被引影响因子论文1篇),在国际著名杂志GPS Solutions发表的学术论文总数名列全球测绘研究机构第1位。
经过近20年的成长,中心现已走在我国高精度卫星导航与应用的前沿,在社会服务的领域提供的支持已经不局限于传统的测绘行业。今年2月,科技部公布了22家全国科技服务业行业试点单位名单,中心榜上有名。近年来,中心的科研成果直接应用到社会服务的方方面面,包括产业合作服务、核心技术服务、人才教育服务、创新创业服务等。
展望未来,施闯教授对这个年轻的团队还有更多的设想,一是在国际上的产生更多原创性的科研成果,二是拓展卫星导航的跨学科应用。“这是一个充满‘奉献、协作、公正、奋进’精神的研究团队,以服务国家重大需求为导向,以建立国际