“千裏之堤潰於(yu) 蟻穴”，比喻小事不慎也可能釀出大禍，意在提醒人們(men) 要防微杜漸、防患未然。不過，有些科學家可不止這麽(me) 看：“千裏之堤潰於(yu) 蟻穴”背後的科學問題是什麽(me) ？如果能夠與(yu) 螞蟻溝通、定位蟻穴，豈不是可以挽救千裏之堤於(yu) 既倒？

類似地，“大雁一會(hui) 兒(er) 在天上排成‘一’字、一會(hui) 兒(er) 排成‘人’字……”這一自然現象麵前，科學家想的是：那麽(me) 多鳥在天上飛，它們(men) 為(wei) 什麽(me) 不“追尾”？

國際歐亞(ya) 科學院院士、北京郵電大學教授鄧中亮就是這樣的科學家。近日，他在接受《中國科學報》專(zhuan) 訪時向記者拋出了這個(ge) 命題：在萬(wan) 物互聯的智能時代，人類能不能“開天眼”，打開“上帝視角”？

擁有“上帝視角”不是異想天開

在鄧中亮看來，要擁有“上帝視角”，需要構建一個(ge) 感知和網絡無處不在、信息安全可充分保障的、以高精度時空基準為(wei) 基礎的透明社會(hui) 。“有了這個(ge) 基礎，社會(hui) 發展將被基於(yu) 通信、計算、時空感知、智能控製的‘智慧’重新定義(yi) 。”

這不是異想天開——發現新冠肺炎患者，我們(men) 希望第一時間找到病患的密切接觸者；發生地震、火災後，我們(men) 希望能第一時間精準定位救援目標；要實現自動駕駛，要確保智能車的定位精度在亞(ya) 米級且100%在線、和網絡響應不高於(yu) 200ms的時延；未來無人機送貨上門，除了定位精度要求之外，還要能無縫感知，以實現在城市低空對無人飛行器的安全管控……凡此種種，鄧中亮認為(wei) ，高精度的時空基準和萬(wan) 物互聯，是智慧社會(hui) 建設的一個(ge) 標誌。

“以高精度時空基準為(wei) 基礎，加上通信等物聯手段，將對智慧經濟的發展發揮重要作用。”鄧中亮說，目前許多國家已製定了相應的計劃，發展智慧產(chan) 業(ye) 、建設智慧社會(hui) 。

可是，如何實現？

鄧中亮告訴記者，北鬥衛星導航係統和5G通信網絡這兩(liang) 大“新基建”的融合，或將為(wei) 這一圖景的實現提供一條行之有效的路徑。

“導航衛星很強大、終端也很‘聰明’，但二者合在一起也無法實現全空域全時域的定位導航服務、位置服務保障。”鄧中亮說，這就需要把衛星和地麵網融合起來，構成強大的天地一體(ti) 化網絡，推動定位導航從(cong) 產(chan) 業(ye) 化走向位置服務的商業(ye) 化。

北鬥+5G融合發展“是時代必然”

2020年7月31日，北鬥三號全球衛星導航係統建成開通，標誌著中國自主建設、獨立運行的全球衛星導航係統開啟服務全球、造福人類的新篇章。

但在中國北鬥之前，世界上已經有了美國GPS、俄羅斯格洛納斯等衛星導航係統。尤其GPS經過長期發展，已占據了近90%的市場。中國北鬥要在全球“三分天下有其一”，未來道阻且長。

不過，機遇仍然存在。由於(yu) 導航衛星距離地麵太遠，在遇到遮擋後容易信號中斷，難以提供信號全覆蓋的服務形態——這也是GPS經曆40多年發展至今未能發展出有效商業(ye) 模式的原因之一。鄧中亮說，由於(yu) 缺乏米級、亞(ya) 米級位置服務保障能力，衛星導航的商業(ye) 化一直是個(ge) 空白。

北鬥能不能超越GPS，實現一種泛在的高精度、高可靠定位導航服務？鄧中亮的答案是“能”，那就是“北鬥+5G”。

目前我國已建成全球最大5G網絡。在應用方麵，自2019年開啟5G商用元年至今，5G應用迎來導入期，迫切需要增強服務能力。

一邊是，5G商用即將迎來爆發，增強服務能力迫在眉睫；另一邊，北鬥要靠自己 “單打獨鬥”發展獨立應用也力不從(cong) 心。這在鄧中亮看來，北鬥+5G的融合，賦能智慧社會(hui) 建設，“存在時代必然性”。

“北鬥和5G融合發展將給這兩(liang) 大係統的應用創新提供新思路，最顯著的就是‘北鬥+5G’有望打造精準位置服務能力，實現北鬥‘在地上用好’的目標；同時，‘通導融合’將為(wei) 5G產(chan) 業(ye) 化應用提供支撐，進而推動智慧社會(hui) 建設。”鄧中亮說。

難關(guan) 重重，通導融合“沒那麽(me) 簡單”

通導融合的理論邏輯在於(yu) ，衛星係統可以為(wei) 地麵基站等提供授時、定位服務的時空基準，但存在信號覆蓋不全的問題；而如果原本隻用於(yu) 通信的地麵基站也能提供定位功能，兩(liang) 者的信號覆蓋互為(wei) 補充，再設法提高位置精度，位置服務能力就能大大提高了。

事實上，早在1996年美國就有《緊急呼叫法案》，立法約定“當衛星無法提供定位信號的時候，移動通信網在緊急情況必須提供位置服務”。歐盟在2014年也出台過類似法案。但為(wei) 何“通導融合”至今沒有合體(ti) 變強？

鄧中亮說，通導融合沒那麽(me) 簡單，其中的關(guan) 鍵在於(yu) ，通信網用於(yu) 精準導航定位，還需要解決(jue) 一係列技術難題。

首先，通信網絡目前還沒有精確測距的能力，這是通信網提供位置服務的關(guan) 鍵；其次是可靠性問題，通信網絡雖說覆蓋更廣，但還達不到100%，手機“信號弱”“無信號”的情況仍偶有發生；第三，在定位精度方麵，通信網絡能否達到厘米級、毫米級以滿足特殊應用，還是一個(ge) 問號；第四，在複雜空間內(nei) 的定位導航，還要排除環境幹擾問題——這需要關(guan) 聯環境大數據，並進行計算加以智能控製。此外，還要通過端計算實現實時計算，以響應數以千億(yi) 計的位置服務請求。

“用最小的代價(jia) 、很高的性價(jia) 比、最低的成本來實現這種能力，是全球性的新挑戰，我們(men) 的大量研究工作就圍繞這個(ge) 開展。”鄧中亮介紹道。

關(guan) 鍵技術的突破

在這些問題上，鄧中亮已經帶領團隊取得一些技術突破。比如為(wei) 解決(jue) 通信網高精度定位中的頻率複用、信號幹擾、測距精度低等問題，他們(men) 提出“定位—通信融合‘共頻帶’相位定位方法”，將基於(yu) 無線網絡基站的室內(nei) 外3D定位精度提升至米級以下。基於(yu) 該技術的測距方案可將測距能力提高至厘米級以下。鄧中亮告訴《中國科學報》，這一技術比國際上已有方案將通信網定位導航能力提升一個(ge) 數量級，並已於(yu) 2020年7月獲得國際專(zhuan) 利授權、成為(wei) 國際標準。

此外，研究團隊還針對模糊環境定位導航普適性難題（單種信號易被遮擋的盲區定位問題），創造性提出“圖像—無線融合快速定位關(guan) 聯計算”方法，建立從(cong) 信號測量、估計、預測到校正的多網融合定位方法與(yu) 模型，實現了國際最優(you) 的多邊界約束尋優(you) 厘米級定位，使現有“無線網絡+實時圖像”定位精度小於(yu) 2厘米。

同時，將地麵基站視作衛星的“天地一體(ti) 定位”，是構建更大範圍高精度無縫定位的有效手段，但存在信號異構的挑戰。鄧中亮團隊提出了融合定位、可重構、低功耗設計與(yu) 全鏈路仿真測試等方法，實現跨物理層的信號融合，使天地一體(ti) 定位精度進一步提高。經產(chan) 業(ye) 化應用，該方案已成為(wei) 國家安保與(yu) 工程建設的重要工具。

回到“千裏之堤潰於(yu) 蟻穴”的問題上，假設螞蟻是一個(ge) 智能終端，隻要它可通信、有信號，通過衛星和通信基站就可以對它定位，且定位精度可以高達厘米級。

鄧中亮說，相關(guan) 的解決(jue) 方案已在一些工程實踐中得到了應用。比如在APEC、奧運會(hui) 等重大活動以及相關(guan) 重點工程建設中，解決(jue) 了人員和貴重物資室內(nei) 外無縫精確定位的難題，為(wei) 預警、透明化應急指揮提供了重要保障。他也提出，這些成果的應用場景可挖潛力還很大，希望社會(hui) 各界能夠增進了解北鬥+5G的應用能力：“這些成果可以服務社會(hui) ，而不隻是‘服務’我們(men) 實驗室設備上”。


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