1982年，鄧中亮剛剛走進大學校門，選擇了當時的熱門專業(yè)機械制造，在畢業(yè)后從事汽車制造工作的過程，認識到國內(nèi)外制造水平的差距，誕生了對新的專業(yè)知識的渴望。
工作幾年之后，鄧中亮選擇回到了校園，在北京航空航天大學學習計算機輔助設(shè)計與制造以及在清華大學學習超精密加工理論技術(shù)期間，他在復(fù)雜型面數(shù)控加工研究與細菌加工技術(shù)方法探索中，需要結(jié)合電子科學和微電子等相關(guān)學科知識，就這樣鄧中亮無形中開展了機械制造、微電子、通信等學科的交叉研究。
這種跨領(lǐng)域的研究，會有助于打破思維的禁錮，因而在鄧中亮對導航技術(shù)產(chǎn)生興趣之后，他發(fā)現(xiàn)了通信和測繪學科在導航領(lǐng)域中不同的思路和方法，在嘗試從測繪角度解決導航問題的同時結(jié)合了通信技術(shù)，最終形成了新的研究方向。
歐亞科學院院士，災(zāi)備技術(shù)國家工程研究中心的主任，鄧中亮
這位如今的歐亞科學院院士，災(zāi)備技術(shù)國家工程研究中心的主任，鄧中亮也看到了他所主導的“高精度、高可信定位導航技術(shù)”與國家戰(zhàn)略相結(jié)合，為國家科技發(fā)展貢獻力量的可能。
“如果能夠最終為國家戰(zhàn)略增添一份力量，無論花多長時間，都是有意義的。”鄧中亮說。
01
天地一張網(wǎng)，解題“高精度”
衛(wèi)星導航系統(tǒng)，通常有定位、航定位與授時三個指標。
有了高精度的定位，精準農(nóng)業(yè)讓農(nóng)民不再靠天吃飯，災(zāi)害精準預(yù)測可以將受災(zāi)的人群和損失最小化；而高精度導航對產(chǎn)業(yè)的意義，則早已深入人心。既有我們所熟悉的車輛導航，也有代表著高精尖技術(shù)的航空導航和航海導航，在軍事方面的價值自然也不言而喻；授時則可以提供全球性、全天候、快速、高精度的標準時間信息，在現(xiàn)代社會的方方面面都離不開精確的授時。
正因為高精度導航，對國家安全和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的意義之大。在2008年，科技部羲和計劃正式啟動。
中國傳統(tǒng)神話中，羲和是太陽神的母親，是我國上古時代時間歷法的創(chuàng)始人。取名羲和計劃的寓意，就是向大眾提供全空域、全時域、室內(nèi)外無縫導航定位服務(wù)。
鄧中亮，一直是羲和計劃中無線網(wǎng)絡(luò)定位負責人和學術(shù)帶頭人。他所在解決的，正是困擾整個無線網(wǎng)絡(luò)定位導航業(yè)界的，那關(guān)鍵的三個字：“高精度”。
衛(wèi)星定位導航可以達到從米級到分米級、厘米級，甚至毫米級的定位精度，但在收不到任何信號的遮蔽空間就完全沒有用武之地，在建筑物之間等半遮蔽空間，定位精度也會大受影響。
所以，羲和計劃的目標也是有兩個：首先，提高北斗在地面應(yīng)用的精度與能力；其次，解決全球?qū)Ш较到y(tǒng)在遮蔽和半遮蔽空間中無法定位的問題。
很多國內(nèi)外的科研組織也提出了很多技術(shù)解決方案，他們或?qū)⒓夹g(shù)攻堅的重點放在了衛(wèi)星導航技術(shù)上，雖有進步但收效甚微，或在室內(nèi)采取激光等解決方案，成本卻又居高不下。
鄧中亮則提出了一個新的思考：如果通信網(wǎng)絡(luò)能夠達到與衛(wèi)星導航相媲美的定位服務(wù)能力，那么這張網(wǎng)絡(luò)無疑將變得非常實用。
“通信和導航之間實際上是有關(guān)聯(lián)的，首先，由于衛(wèi)星信號在遮蔽和半遮蔽空間的覆蓋存在問題，通信系統(tǒng)可以對此進行覆蓋互補，以實現(xiàn)室內(nèi)外全時空的覆蓋。其次，對于通信系統(tǒng)來說，它也需要位置感知來確定用戶的分布，如5G等業(yè)務(wù)需要知道用戶的具體位置。因此，將這兩者合并整合成一體，就形成了天地一體的廣域無縫定位網(wǎng)。” 鄧中亮說。
這個設(shè)想本身非常有推動落地應(yīng)用的重要意義。國家通信網(wǎng)在4G到5G的建設(shè)投入總額接近兩萬億，是衛(wèi)星系統(tǒng)投入的20倍以上。如果能夠形成天上一張網(wǎng)與地上一張網(wǎng)的融合，它所蘊含的價值潛力，幾乎是無限大。
當然，這個設(shè)想既需要在理論和技術(shù)上實現(xiàn)突破，還需要結(jié)合具體場景的實踐。如果方向準確，那么在技術(shù)上是否可以實現(xiàn)呢？
02
解決困擾全球的技術(shù)難題
我們知道，如果無線通信網(wǎng)的精度不夠高，即使將通信網(wǎng)和衛(wèi)星的定位合并在一起，也無法獲得更高的定位精度。因此，需要解決通信網(wǎng)在遮蔽和半遮蔽空間中定位精度差的短板問題，提高它的定位服務(wù)能力。這等于為通信網(wǎng)賦予了新的時空感知和定位服務(wù)能力，以實現(xiàn)全時空的覆蓋，包括室外、室內(nèi)以及地下的定位服務(wù)。
再將通信網(wǎng)和衛(wèi)星融合在一起后，“天網(wǎng)”與“地網(wǎng)”在覆蓋層面上形成互補：在室外，衛(wèi)星定位表現(xiàn)優(yōu)秀；而在室內(nèi)和遮蔽空間，通信網(wǎng)的優(yōu)勢顯現(xiàn)。兩張網(wǎng)絡(luò)融合，就可以實現(xiàn)全空間的高精度定位服務(wù)。
因此，將通信網(wǎng)與衛(wèi)星導航系統(tǒng)融合，實現(xiàn)高精度導航，也驅(qū)動從定位導航產(chǎn)業(yè)化到位置服務(wù)商業(yè)化的轉(zhuǎn)變。
對于鄧中亮而言，他則要解決長期困擾全球的高精度、廣覆蓋、室內(nèi)外、無縫隙、低成本定位的基礎(chǔ)性問題……
第一個關(guān)鍵，就是新技術(shù)的定位精度。
傳統(tǒng)技術(shù)，比如在室內(nèi)采用WI-FI、藍牙或超寬帶技術(shù)，定位的精度最高可達3到5米左右，這在實際應(yīng)用中是完全不能接受的。
通過羲和計劃的推動，“我們?nèi)〉昧酥卮蟮耐黄疲憾ㄎ痪仍谂c國際巨頭的比較中處于領(lǐng)先地位，超過他們一個數(shù)量級，。這表明我們在定位導航領(lǐng)域取得了顯著的進步和成就，未來的目標是將通信網(wǎng)的定位精度進一步提高到厘米級甚至毫米級。”鄧中亮說。
客觀地說，對于個人用戶來說，米級定位精度是足夠的，但對于智能駕駛、機器人服務(wù)等應(yīng)用來說，分米級或者厘米級的精度才可以解決大部分需求，而毫米級的精度則主要用于滑坡監(jiān)測等特定領(lǐng)�？梢哉f，鄧中亮的這次在定位精度上的突破，讓精準定位在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用寬度得到了大幅的提升。
第二個關(guān)鍵，是解決運營商通信資源緊缺的問題。
成本，是任何技術(shù)能否成功市場化的重要考量。在定位時，通常需要收集來自至少三個基站的信號來計算定位位置，這對運營商來說會因為加密基站信號增加成本，同時基站密度的增加也不是一個經(jīng)濟上可行的解決方案。
所以鄧中亮的目標是：實現(xiàn)資源共享復(fù)用，既不影響正常通信，也不需要獨立頻率資源，同時不改變基站的分布密度。在一種逆向思維的邏輯驅(qū)使下，鄧中亮建立了一個定位信號與通信信號同頻融合的體系，對時域、頻域、碼域等進行了創(chuàng)新設(shè)計。此舉首次實現(xiàn)了在不占用獨立頻率、不改變原通信能力，也不改變基站分布前提下的廣域精確定位！
第三個關(guān)鍵，是無線網(wǎng)絡(luò)的高精度定位魯棒性的難題
定位服務(wù)也需要一種確定性，尤其在面向各種行業(yè)復(fù)雜場景應(yīng)用時，高精度定位要能夠表現(xiàn)出更強的可靠性。
這對鄧中亮來說，則要力求極致的表現(xiàn)。“經(jīng)過一系列技術(shù)突破后，我們在室內(nèi)和室外可以實現(xiàn)納秒級的同步，相當于0.3米的測量誤差，同時我們采用分層融合的方法，大幅度提升了可靠性的同時，也提高了定位精度。最終，形成了一個龐大的技術(shù)體系，涵蓋了精準測量、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和智能控制。使得整個系統(tǒng)能夠更加精準地測量位置，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同工作，并融入智能控制，以應(yīng)對各種復(fù)雜場景。”
03
做千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“創(chuàng)新底座”
事實上，我們能夠感知到精準定位技術(shù)，對文明社會前行的價值不斷在向上攀升。
在今天的智能社會時代中，如果缺乏高精度、時空感知和互聯(lián)的條件，就不能稱之為真正的智慧。
鄧中亮認為，“全世界對于時空感知的要求不斷提高。在上世紀，百米級的定位精度已經(jīng)算是不錯的，隨后發(fā)展到十米級、米級的定位精度。而現(xiàn)在，人工智能自動駕駛已經(jīng)要求達到分米級的定位精度。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，如果定位精度無法達到米級以下，很多問題將無法解決。這種高精度時空感知要求正是構(gòu)建全行業(yè)互聯(lián)的底座，為智能社會的發(fā)展提供支持。”
確如此言，我們看到在制造業(yè)，高精度定位從原來的數(shù)十米精度提高到米級，可以實時監(jiān)測移動目標，為工廠的安全管理帶來了很大的改進，如果出現(xiàn)意外事故，工廠可以更快速響應(yīng)和決策，而不再需要被動應(yīng)對，這種技術(shù)的應(yīng)用，使得工業(yè)事故得到了有效的控制和防范，為工業(yè)安全帶來了顯著的好處。
再比如在智能駕駛領(lǐng)域，如果車輛的定位精度不能達到分米級，就可能發(fā)生車輛之間的撞車、刮蹭等事故。這種高精度定位甚至還在疫情監(jiān)控、疫情救援和特殊人群關(guān)愛等應(yīng)用場景中發(fā)揮出應(yīng)有的光芒。
還有綠色能源領(lǐng)域正在面臨的巡檢難題，使得無人機巡檢成為一個有效的解決方案。而無人機可以快速準確地巡檢高壓線路、太陽能電池板和風力發(fā)電機等設(shè)施，也有賴于高精度定位技術(shù)的應(yīng)用。
很明顯，高精度導航將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，帶動更大規(guī)模的服務(wù)業(yè)，為經(jīng)濟發(fā)展和轉(zhuǎn)型做出貢獻，已經(jīng)可以稱之為千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“創(chuàng)新底座”。
除此之外，鄧中亮特別指出了這項技術(shù)對北斗系統(tǒng)的“反哺”。“GPS比北斗建設(shè)早二十，GPS在全球?qū)Ш绞袌錾弦颜紦?jù)了90%的份額，這意味著北斗系統(tǒng)如果要超越GPS來爭取更大的市場份額，就必須尋找新的商業(yè)模式和新抓手來突破現(xiàn)狀。而信息域是一個重要的市場領(lǐng)域，通過在信息域中引入新的抓手和技術(shù)突破，可以帶來市場洗牌，為北斗贏得更大的市場份額提供機會。”
因此，北斗系統(tǒng)必須與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，提供更強大的能力支持，在全球開放服務(wù)的背景下，去搶占市場和保持領(lǐng)先地位。
“我國的衛(wèi)星導航和移動通信及其融合走在世界領(lǐng)先地位，我們將繼續(xù)努力保持這一領(lǐng)先地位，為世界的科技進步和社會發(fā)展做出更大的貢獻。”鄧中亮說。
