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2021 09/18 08:18:56
來源:科技日報

北鬥係統研制建設有了“工業母機”——北鬥三號係統級試驗床亮相背後的故事

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 工業母機,制造機器的機器。對高端制造業來説,工業母機的重要性不言而喻。連日來,這個概念在資本市場上掀起一波熱潮。

  如今,我國北鬥係統研制建設也有了“工業母機”。

  9月16日,由國防科技大學北鬥團隊主持研制、具有完全自主知識産權的北鬥三號係統級試驗床,在當天開幕的首屆北鬥規模應用國際峰會上正式亮相。該試驗床由北鬥數字孿生軟件係統與信號傳播環境模擬硬件係統組成,是北鬥試驗驗證核心係統。

  值得關注的是,由于在北鬥三號試驗驗證中發揮的重要作用,該係統級試驗床被稱為確保我國北鬥三號研制建設順利高效的衛星導航領域的“工業母機”。

  第三代導航係統必須要有係統級試驗床

  北鬥三號係統級試驗床具備係統方案驗證與優化、衛星/地面站入網測試、衛星在軌試驗與參數優化等能力,能降低係統技術風險,提高係統規模應用性能。

  2020年7月31日,北鬥三號衛星導航係統正式開通。這套係統級實驗床的投入使用,為北鬥三號提前半年完成全球組網建設、建成即服務、服務即見效發揮了關鍵作用。

  “係統級試驗床就好比是一個大型模擬係統。在試驗床上,我們可以將北鬥三號衛星導航係統完整地‘映射’出來。”該項目技術負責人劉文祥研究員介紹。

  資料顯示,我國的北鬥三號和美國正在進行現代化升級的GPS Ⅲ係統同屬第三代衛星導航係統,係統復雜度和技術耦聯性相比第二代發生了質的改變。如果沒有係統級的試驗平臺作為保障和支撐,第三代係統的研制過程會出現很多技術風險。

  因此,美國GPS係統與歐洲伽利略係統很早就開始了這方面的技術探索和研制。但由于係統級試驗床牽涉到多個學科,技術挑戰性很大,研制難度相當高。

  “這就好比,以前我們做研究可能一臺微機就足夠了,但隨著係統復雜度的提升,我們就需要超級計算機來進行輔助。”劉文祥説,“因此,北鬥三號衛星導航係統開始論證之初,建設北鬥試驗驗證係統、攻克係統級試驗床核心技術,就被提上了日程。”

  “搞這類高難度科研,就是打大仗、打硬仗”

  係統級試驗床的研制曾有兩種技術思路:一種是完全利用硬件設備搭建出北鬥三號係統中的衛星和地面站,在地面完整地模擬北鬥三號係統運行。這種思路的缺點是不夠靈活,而且成本巨大,幾乎接近重新研制一套北鬥係統。另一種技術思路就是軟硬協同,利用係統倣真實現大多數功能,這種思路優點是靈活、成本較低,但技術難度也更大。

  北鬥團隊選擇了難度更大的後者。他們説:“軍人天生為打仗。搞這類高難度科研,就是打大仗、打硬仗。”

  在國家科技重大專項支持下,他們突破了全係統高逼真高加速比倣真、傳播環境信道高精度模擬等核心關鍵技術,攻克了數字孿生軟件係統與硬件信道模擬係統精準協同運行的難題,研制成功了國際衛星導航領域首個係統級試驗床,為北鬥係統優化設計與成功建設提供了核心能力平臺支撐,顯著降低了北鬥三號工程技術風險與建設成本,大大縮短工程建設周期。

  記者了解到,該係統級試驗床目前已成功應用並廣泛支撐了北鬥三號係統設計、研制建設、在軌聯試的各階段試驗任務。未來,這項成果還將在國家綜合PNT(導航、定位、授時)體係、低軌衛星互聯網係統等方面進一步擴展,全面促進行業領域規模應用。(記者 張 強)

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