清華大學(xué)智能微系統(tǒng)與納衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)歷時(shí)20年攻關(guān)，成功研發(fā)全球性光學(xué)導(dǎo)航定位技術(shù)與系統(tǒng)。日前，該校發(fā)布消息，這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)全球首創(chuàng)，成為北斗系統(tǒng)的關(guān)鍵補(bǔ)充，全面提升了我國(guó)導(dǎo)航體系的安全性與可靠性。相關(guān)產(chǎn)品已出口近20個(gè)國(guó)家。
傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航易受干擾，在復(fù)雜的電磁環(huán)境下可能出現(xiàn)信號(hào)失效。天文光學(xué)導(dǎo)航又存在信源微弱、精度不足等局限。清華精密儀器系教授邢飛以生活中的細(xì)節(jié)舉例，有時(shí)候，手機(jī)導(dǎo)航會(huì)彈出“請(qǐng)水平轉(zhuǎn)動(dòng)手機(jī)以校準(zhǔn)方向”等提示，或者干脆罷工不刷新位置。這些都是因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)只能測(cè)距，無(wú)法直接確定方向，而內(nèi)置的電子羅盤(pán)等方向傳感器一旦受到干擾，就會(huì)失效。
為了解決這些問(wèn)題，清華團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，在衛(wèi)星上搭載高亮度光學(xué)信標(biāo)，“點(diǎn)亮”空中燈塔。“原理類(lèi)似于通過(guò)北極星辨認(rèn)南北，但很難判斷精確的正北?！毙巷w解釋?zhuān)斑@顆恒星離地球很遠(yuǎn)，目前仍沒(méi)有測(cè)出兩者間的精準(zhǔn)距離，所以無(wú)法進(jìn)行后續(xù)確切定位的推算。光學(xué)導(dǎo)航衛(wèi)星就像是距離我們只有幾百公里的‘北極星’。地面設(shè)備通過(guò)接收它發(fā)射的光學(xué)信號(hào)，再根據(jù)衛(wèi)星所處的軌道數(shù)據(jù)等信息，可以精確地算出自己的位置和朝向?！?/p>
雖然將距離從光年縮短到數(shù)百公里，但在800公里的高度上發(fā)射光學(xué)信號(hào)，測(cè)量角度偏差了僅0.1度，地面定位誤差就可能達(dá)到公里級(jí)。邢飛說(shuō)，想要減少誤差，光學(xué)傳感器對(duì)光學(xué)信號(hào)角度的測(cè)量精度要達(dá)到約0.0003度的角秒級(jí)。為此，團(tuán)隊(duì)結(jié)合星敏感器技術(shù)、太陽(yáng)敏感器技術(shù)和激光測(cè)量技術(shù)，最終大幅提升了光學(xué)相機(jī)的分辨率。
值得一提的是，光波直線(xiàn)傳播的特性還讓這套系統(tǒng)具備天然抗干擾能力，保障了導(dǎo)航數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和安全輸出。
目前，團(tuán)隊(duì)已構(gòu)建起由11顆衛(wèi)星組成的光學(xué)導(dǎo)航星座。該技術(shù)還突破了光學(xué)敏感器微型化瓶頸，實(shí)現(xiàn)從十公斤到百克級(jí)的跨越等。
而這僅僅是個(gè)開(kāi)始。團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)由更多光學(xué)導(dǎo)航衛(wèi)星組成的全球星座?！拔覀円?guī)劃在約816公里的近地軌道上，部署37顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球南北緯60度以?xún)?nèi)區(qū)域的全球覆蓋?！毙巷w解釋?zhuān)@是全球絕大部分人口和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的區(qū)域。
這項(xiàng)技術(shù)擁有廣闊應(yīng)用前景，將為低空經(jīng)濟(jì)、深空探測(cè)等領(lǐng)域提供全新解決方案。目前，相關(guān)航天產(chǎn)品已出口近20個(gè)國(guó)家。團(tuán)隊(duì)計(jì)劃與現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合，構(gòu)建光學(xué)導(dǎo)航增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，解決無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛車(chē)輛在隧道、復(fù)雜路況下的導(dǎo)航盲區(qū)問(wèn)題。
編輯：李華山
