12月14日,北斗卫星导航系统网站转载了南方测绘官网的杂志文章——《北斗的研发需协同创新》,全文如下:
在中山市筹备北斗卫星导航产业园的一次会议上,刘经南院士向记者讲了一个故事。他曾问姚明:“为什么我们的篮球和足球总是上不去,而其他的球进步得快?”,姚说是教育出了问题。“我很意外,怎么是我们教育的问题了?原来我们的教育从小就没有协同训练,打球在零点零几秒钟就要有个配合的动作,我们从小没有受到这种教育,国外一般从小就有多种形式的协同训练和教育。所以在中国,只要是与协同有关的竞技体育就搞不好”。
现在国家倡导协同创新,协同创新最核心的一点:共识和共享。提高共识,对某一个目标大家是一致的;利益共享,把各个方面的利益机制建立好。激发每个人的积极性,发挥他们的优势,就能以比较快的速度来赶超世界先进水平。
北斗卫星观测实验网不是单兵作战
北斗全球卫星导航系统的政策是开放的。武汉大学在几年前便在世界各地,筹备建立北斗全球卫星观测实验网。但是,这个全球实验网络不是武汉大学的单兵作战,而是在全球通过大学之间、科学研究机构之间的合作,比较快速地在全球布了7-8个观测站,包括欧洲荷兰、非洲南非、澳洲、亚洲新加坡、印尼、香港,南极也建了一个站。全球布点是为了满足国家科研的需求,国外也想参与北斗的研究,特别是科研机构、大学本身有和国际合作的优势。国内也有六个点,包括西藏、新疆、黑龙江、湖北和广东等,通过国内和国际的合作共建,观测点把亚太地区基本覆盖,所以算出来的轨道精度最高,比目前其他机构公布的数据精度要高出10倍左右。
卫星观测实验网可以帮助北斗进行监测评估,就是对北斗在太空中的运动状态进行监测、性能评估。北斗的星历10米左右就可以满足定位导航的要求,静止卫星切线方向可以达到1米左右,其他两个方向甚至达到几厘米。最难定的静止卫星,没有运动、几何状态不好,晚上卫星有点乱摇,姿态控制得差一些;白天向阳,姿态对着太阳板比较稳定。测绘人都知道,其他卫星都可以定到厘米级或者分米级的水平。卫星发下来的数据,我们可以排除到底测得好不好,是受什么原因影响,是星历不好或者受卫星的运动状态、阴影部分影响等等,都可以对于卫星工作状态和运行状态进行监测。
第二个利用这个网可以做一些未来的应用试验,地基增强系统到底可以达到多高的精度。在国内布的观测点做广域精密定位的服务等等,目前研究结果很有价值。
再一个是开展未来精密应用的服务,检验到底可以达到多少精度,增加用户用北斗的信心,为北斗将来的普及做基础研究。目前,也取得了北斗将来做精密定位应用的服务的一些经验、积累了一些技术。
高精度接收机芯片开发需要一个过程
精密定位方面的解算要复杂一些,数据处理要复杂一些。企业只有投入大量的精力、人力、物力,才能够做出好的产品。做好的接收机有两个方面,一个是核心芯片电路板也就是板卡要设计好,第二个是板卡上面要有比较好的解算软件。这两个是相辅相成的,板卡和芯片相对固定,可以通过不断的优化软件算法,比如说怎么样降低信噪比,怎么样减少多路径的影响,怎么样提高RTK的解算精度等等这些比较难的问题,如果对卫星定位的算法研究不够或者水平还达不到的话,芯片质量就上不去。
硬件开发的周期比较长,在硬件已经确定的情况下。企业主要是做少量的硬件元件的修整,在部件板卡的基础上或者芯片的基础上,哪个地方加强,哪个地方信噪比减弱一点,补充一个元件上去。就像软件开发一样打一个补包,也可以使软件解决问题,硬件也可以,加一个元件或者加一个电阻,实现一个功能解决问题,核心的芯片是不会改的,因为芯片很贵。必须形成规模化,降低成本,不断地升级软件,提升解算能力。
我们也要看到,国内企业开发北斗高精度接收机的芯片,还是要有一个过程。天宝发展有三十多年,有了一代一代的积累才走在前面。我们也要走这样一个过程,当然有前车之鉴可以走的短一些,包括北斗卫星系统本身也是吸收了GPS很多的经验。现在卫星客观存在很多问题,其实GPS也经历了同样问题,比如卫星的某样状态正不正常,需要时间来慢慢解决。就像感冒,一辈子不可能一次都没有。
芯片开发不仅是企业单兵作战
北斗卫星导航系统最核心的就是芯片开发。但是,芯片开发同样不能是企业单兵作战,这是一项系统工程,需要国家和社会的合力。国家倡导的协同创新,共识和共享就是很好的诉求。
从跟踪性的研究和开发走向创造性的、引领性的研究和开发,企业要实现这个转型,光靠自己也可以,但是要像苹果、IBM、惠普那样实力相当雄厚,建立自己的研究队伍。国外与产业结构联系多的研究与开发一流研究机构在大公司,第二流研究机构在国家大的实验室和高校实验室,高校在基础科研上是领先的。当然,资金的支撑和投入取决于产品的技术含量本身,产值上去了,企业才有精力把钱拿回来投入再生产,这是一个良性循环,投入的越多,技术越先进,越能引领世界潮流,越能占领技术的前端。
但是,受国内市场环境、政府管理水平等多方面因素的影响,科技引领产业的良性循环,国内企业并没能感受到。而北斗卫星导航这样的产业,政府必须站出来进行有效地规划和引导,有所作为。其实,我国现在在科技方面的成果不少,包括对北斗应用的研究,但是对高新技术产业的转移还是贡献不大,也是国家困扰的一个问题。原因就在于,没有达成目标共识、没有建成利益共享机制。最近有一个国家级科技管理会议,就是探讨科技怎么和产业对接。所以,一方面企业要积极谋求转型,另一方面,政府也要转换思维和管理模式,提高管理水平。
作为一个大国,重要的不是GDP规模多大,而是GDP里高新技术产业引领世界的这些部分占多大。北斗全球卫星导航系统的崛起,使得中国在科技实力以及在政治影响力方面有了话语权,和欧美平起平坐。但是,北斗卫星导航产业最核心技术的开发和应用,在企业参与的前提下,需要政府多扶持,共同推进。
北斗将来会有广阔的精密应用
在采访中,刘经南院士说:“精密应用在国外发展的比较快。除了在科学上,包括地壳运动的监测、时间的对比、大气气象的预报。在精密农业和工程领域的应用都是有广阔前景的。精密农业是个大有前景的领域。在国外精密农业的应用差不多将近十几年,网络RTK和广域差分一开始就应用,96年我第一次到美国去参观他们精密农业的时候,在克罗拉多州,他们就在大田里、拖拉机上都装着GPS,当时的精度是1米左右,很快RTK普及以后,他们就要求到0.25米了,就是1英尺,就是所谓的亚米级了。如果是有些精密的种子,例如黄豆,马铃薯的播种,要求更高,有的精度就是20-30厘米,要到RTK的水平。
将来北斗的实时精密定位会应用于土地和农田的整理和管理,北斗终端装在拖拉机和收割机等农业机械上能够以0.1m的定位精度实现对农田的精密耕作。我们现在耕种面积是以亩为单位的,大概是660平方米,将来是以0.1×0.1平方米的精度水平进行工作。
将来北斗会在工程技术上有广泛的应用。包括建筑物、桥梁、大坝和高铁的变形监测。比如对大坝进行监测,监控大坝毫米级、亚毫米级的变形;再就是桥梁的施工监控以及桥梁完成以后的变形监控,利用卫星定位技术能够在两个塔顶上,以及在桥面施工过程中间保持准确的对接,并在工程以后,进行桥梁负载变形的监测。北斗将来完全可以做类似的工程上的应用。”
企业学“供血”,产业待“强芯”
刘经南特别指出,企业要把北斗产品做得更强,前期大量的研发和投入,包括芯片、实验性的研究都要有国家政策的支持,最近几年,很多部门、单位和企业也都申报了不少国家专项资金的支持。
在取得国家政策和资金支持的同时,企业也需要提升自身的“供血”能力。表现在,联合高校加强产学研结合实践,加大核心研发技术的投入力度,加快科研成果向产业化转化的进程,拓展市场等诸多方面。打铁要靠自身硬。政府的支持只是强心剂,但要想跑得远、走得稳健,还是要靠自身的体制。
而北斗最基础、最核心的问题始终是芯片。年底北斗正式运行,向全球免费提供服务的时候,强势的欧美企业介入北斗领地时,单纯依靠企业的力量是不够的,核心的芯片发展还是需要国家的支持。
芯片产业国家一定要大力扶持,这个事国家一定要做。芯片是北斗产业里的基础设施。如果中国发射了北斗卫星,芯片业不发展,有星无芯,核心技术都掌控在别国手里,等于是为别人提供了空中的基础设施保障。芯片的研发制造,国家要采用各种最有效、最强势的方法来支持和保障一定不被打垮,只有这样,北斗产业中才能真正形成自主知识产权的东西。
我们不会阻挡外国企业生产北斗芯片,但是要有最核心、最基础的支持保障——北斗自主知识产权的芯片,这才是北斗应用产业的关键之所在。
那么,用什么方式来夯实芯片产业,让企业稳定地生存、逐步产生竞争力,即使在国际巨头和大企业冲进中国市场的时候,也仍然能站稳脚跟?这是一个宏大的命题。目前,国家正在酝酿出台相关政策,鼓励企业参与到芯片的研发中。(陈会)
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南方测绘杂志原文链接:/public/dianzhineiye.php?id=292