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)。3月24日，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)?！霸眍?lèi)似于古人通過(guò)北極星辨認(rèn)方向。”邢飛解釋?zhuān)暗荒艽蟾胖競(jìng)€(gè)方向，是朝北的。因?yàn)檫@顆恒星離地球很遠(yuǎn)，目前仍無(wú)法測(cè)出兩者間的精準(zhǔn)距離，無(wú)法進(jìn)行后續(xù)定位的精準(zhǔn)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，可以精確地計(jì)算出自己的位置和朝向?！?/p>
雖然距離地球相對(duì)較近，但從數(shù)百公里的軌道高度發(fā)出的數(shù)據(jù)，即便出現(xiàn)微小的角度誤差，也會(huì)影響導(dǎo)航的精準(zhǔn)性?！霸?00公里的高度上發(fā)射光學(xué)信號(hào)，如果測(cè)量角度偏差了0.1度，定位誤差就可能達(dá)到公里級(jí)?！毙巷w說(shuō)，想要獲得更高精度的導(dǎo)航定位結(jié)果，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)相結(jié)合，不斷調(diào)試，最終大幅提升了光學(xué)相機(jī)的分辨率，將測(cè)量精度提高到千分之五個(gè)像素。
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。
而這僅僅是個(gè)開(kāi)始?！拔覀円?guī)劃在約816公里的近地軌道上，部署37顆衛(wèi)星，從而實(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)也計(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
