9月16日，由國防科技大學(xué)北斗團隊主持研制、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的北斗三號系統(tǒng)級試驗床，在當(dāng)天開幕的首屆北斗規(guī)模應(yīng)用國際峰會上正式亮相。該試驗床由北斗數(shù)字孿生軟件系統(tǒng)與信號傳播環(huán)境模擬硬件系統(tǒng)組成，是北斗試驗驗證核心系統(tǒng)。

值得關(guān)注的是，由于在北斗三號試驗驗證中發(fā)揮的重要作用，該系統(tǒng)級試驗床被稱為確保我國北斗三號研制建設(shè)順利高效的衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的“工業(yè)母機”。

第三代導(dǎo)航系統(tǒng)必須要有系統(tǒng)級試驗床

北斗三號系統(tǒng)級試驗床具備系統(tǒng)方案驗證與優(yōu)化、衛(wèi)星/地面站入網(wǎng)測試、衛(wèi)星在軌試驗與參數(shù)優(yōu)化等能力，能降低系統(tǒng)技術(shù)風(fēng)險，提高系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)用性能。

2020年7月31日，北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通。這套系統(tǒng)級實驗床的投入使用，為北斗三號提前半年完成全球組網(wǎng)建設(shè)、建成即服務(wù)、服務(wù)即見效發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

“系統(tǒng)級試驗床就好比是一個大型模擬系統(tǒng)。在試驗床上，我們可以將北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完整地‘映射’出來。”該項目技術(shù)負責(zé)人劉文祥研究員介紹。

資料顯示，我國的北斗三號和美國正在進行現(xiàn)代化升級的GPS Ⅲ系統(tǒng)同屬第三代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜度和技術(shù)耦聯(lián)性相比第二代發(fā)生了質(zhì)的改變。如果沒有系統(tǒng)級的試驗平臺作為保障和支撐，第三代系統(tǒng)的研制過程會出現(xiàn)很多技術(shù)風(fēng)險。

因此，美國GPS系統(tǒng)與歐洲伽利略系統(tǒng)很早就開始了這方面的技術(shù)探索和研制。但由于系統(tǒng)級試驗床牽涉到多個學(xué)科，技術(shù)挑戰(zhàn)性很大，研制難度相當(dāng)高。

“這就好比，以前我們做研究可能一臺微機就足夠了，但隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的提升，我們就需要超級計算機來進行輔助。”劉文祥說，“因此，北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開始論證之初，建設(shè)北斗試驗驗證系統(tǒng)、攻克系統(tǒng)級試驗床核心技術(shù)，就被提上了日程。”

“搞這類高難度科研，就是打大仗、打硬仗”

系統(tǒng)級試驗床的研制曾有兩種技術(shù)思路：一種是完全利用硬件設(shè)備搭建出北斗三號系統(tǒng)中的衛(wèi)星和地面站，在地面完整地模擬北斗三號系統(tǒng)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斗系統(tǒng)。另一種技術(shù)思路就是軟硬協(xié)同，利用系統(tǒng)仿真實現(xiàn)大多數(shù)功能，這種思路優(yōu)點是靈活、成本較低，但技術(shù)難度也更大。

北斗團隊選擇了難度更大的后者。他們說：“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，他們突破了全系統(tǒng)高逼真高加速比仿真、傳播環(huán)境信道高精度模擬等核心關(guān)鍵技術(shù)，攻克了數(shù)字孿生軟件系統(tǒng)與硬件信道模擬系統(tǒng)精準(zhǔn)協(xié)同運行的難題，研制成功了國際衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域首個系統(tǒng)級試驗床，為北斗系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與成功建設(shè)提供了核心能力平臺支撐，顯著降低了北斗三號工程技術(shù)風(fēng)險與建設(shè)成本，大大縮短工程建設(shè)周期。

據(jù)了解，該系統(tǒng)級試驗床目前也已經(jīng)成功的應(yīng)用并廣泛的支撐了北斗三號系統(tǒng)設(shè)計、研制建設(shè)、在軌聯(lián)試的各階段試驗任務(wù)。未來，這項成果還將在國家綜合PNT（導(dǎo)航、定位、授時）體系、低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等方面進一步擴展，全面促進行業(yè)領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用。