问天寻路，领航苍穹
星耀太空，惠泽全球
作为四大全球卫星导航系统之一
北斗卫星导航系统
已在200多个国家和地区
向数十亿计的用户提供服务
11月28日
《北斗卫星导航系统2035年前发展规划》
重磅发布
中国自主建设的北斗系统迈向发展新征程
清华大学电子工程系陆明泉教授团队
自2001年以来
参与北斗一号、北斗二号、北斗三号
卫星导航系统的工程建设
应用推广和国际合作
用清华智慧助力北斗闪耀
让我们一起走近
“大国重器中的清华人”系列报道
为你讲述改革开放以来
新一代清华人为铸就国之重器
默默耕耘的奋斗故事
“清华方案”
一举促成近十年的国际谈判
融入基础设施
赋能千行百业
中国的北斗卫星导航系统
已成为经济社会发展的时空信息基石
为全球用户提供
全天候、全天时、高精度、高可靠的
定位、导航与授时服务
陆明泉团队深耕卫星导航领域20余年
经历了从北斗一号到北斗三号系统
分步建设与渐进发展
陆明泉
在北斗一号阶段
陆明泉团队完成用户设备研制
形成系列化装备
实现了批量生产及行业应用
在北斗二号阶段
他们利用自主研发的接收机
发现了
电性星地面测试中
卫星有效载荷计数器溢出的问题
避免了
将存在设计缺陷的卫星发射上天
并且他们借助数学工具和仿真手段
揭示了
GEO卫星“伪距波动”的产生机理
提出了相应改进措施
确保北斗二号定位精度达标
成功解决系统建设中
突发的重大工程问题
基于团队研制的
北斗二号授权信号基带芯片原型
他们与兄弟单位合作开发了
国内首款基带芯片
连续销售十余年
成为导航芯片领域的一个奇迹
首款北斗二号授权信号基带芯片原型及产品
2009年
北斗三号工程启动
从服务中国、服务亚太，到服务全球
中国迈上了
自主设计卫星导航信号的艰辛道路
由于GPS和GLONASS卫星导航系统
早于北斗系统建设几十年
已在国际电联申报了频率保护
GPS现代化和新兴的Galileo
完成了全球性卫星导航信号专利布局
北斗系统作为后来者
要想实现全球组网、服务世界
其卫星导航信号的设计
必须满足十分苛刻的约束条件
既要保证不会干扰
其他导航系统的信号
又要确保自主创新、自主可控
还要在服务性能上
拥有国际竞争力
在此过程中
中美两国围绕北斗和GPS兼容与互操作
展开协调
这场旷日持久的谈判
持续了近十年
其间美国否决了中国提供的
多个卫星导航信号设计方案
直至2017年6月
陆明泉团队的方案
首次呈现在洛杉矶的谈判桌上
2017年6月，中美完成北斗和GPS兼容与互操作协调并签署备忘录
这一“清华方案”
不仅满足中国对于新一代卫星导航系统
功能、性能及平稳过渡的要求
也满足国际上其他导航系统对北斗的约束
面对这样一份现实性和前瞻性兼备的方案
没有了以往的唇枪舌战
双方终于达成一致
直接促成了北斗和GPS双边协调
不久后签署了两国联合声明
扫清了北斗三号建设道路上的最后障碍
深研才可精专，厚积方能薄发
陆明泉团队的卫星导航信号方案
之所以能够一举破局
离不开他们长久以来的积累
团队此前在国际期刊上发表了
大量有关卫星导航信号的学术论文
相关成果也在众多国家申请了专利
团队的创新突破
得到了国际学术界的广泛认可
也引起了
相关国家的卫星导航主管部门高度关注
“测量时空”
打造一把属于中国、服务全球的“标尺”
卫星导航信号
被称为“测量时空的标尺”
连接着卫星导航系统的
控制段、空间段和用户段
三大组成部分
如同神经中枢贯穿整个系统
决定着卫星导航系统的服务能力
然而
新一代卫星导航信号的设计
面临众多挑战
如何在频谱资源匮乏的情况下
实现性能提升？
如何在发射功率受限的条件下
提供多样化服务？
如何在系统兼容与互操作的约束下
拥有自主知识产权、保持中国特色？
诸多阻碍横亘在前
却挡不住陆明泉团队前进的步伐
“我们要打造一把
属于中国的时空‘标尺’
为北斗系统服务全球打开大门”
陆明泉带领团队破解重重难题
最终通过建立多载波多分量
卫星导航信号新理论
发明了QMBOC、ACEBOC
两种新型调制方式
和一种先进的CEMIC复用方式
在带宽和功率同时受限的情况下
实现了信号测距精度提升和服务多样性
奠定了北斗二号到北斗三号
平稳过渡的技术基础
也确保了北斗三号
与其他系统的兼容与互操作
并在23个国家获得专利授权
QMBOC调制（左）和ACEBOC调制（右）示意图
CEMIC复用方式示意图
清华大学发明的两种调制方式在23个国家获得专利授权
北斗三号工程大总体
采用陆明泉团队发明的调制技术
构建了B1C和B2a/b
两个公开服务信号
并且采用其复用技术
为保留下来的北斗二号信号B1I
和新设计的授权信号B1A
实现跨频点多信号的恒包络复用
支撑了新旧两代信号
以及公开和授权两类信号
在统一频点上共处
同时为进一步挖掘北斗系统的性能潜力
打下了独特的基础
采用清华成果的北斗三号B1C和B2a/b信号（示意图）
如今
全球用户都能接收到
北斗三号B1C和B2a/b新型导航信号
实测数据表明
这两种信号的定位精度
已优于GPS和Galileo系统
这是北斗发展史上的历史性突破
成为北斗三号自主创新、独立发展的重要标志
星空逐梦
用清华智慧助力北斗闪耀
“瞄准国家重大需求
做真正有用的科研”
是陆明泉长久以来的坚持和行动
作为北斗系统建设和应用的中坚技术力量
陆明泉团队的研究工作
覆盖了从信号发射到信号接收
整个卫星导航信号链路
为铸造“中国的北斗星”贡献了清华智慧
在北斗三号接收机技术研究中
陆明泉团队率先突破了
新一代多系统互操作接收机关键技术
成功研制出高性能多功能的
互操作信号地面检测终端
以及全频段多系统实时软件接收机
为北斗三号
试验卫星工程及组网卫星工程
地面测试评估
提供不可或缺的技术手段
并为北斗系统加入国际民航组织标准
作出了重要贡献
收到了军委装备发展部
和中国民用航空局的联名表扬信
北斗三号地面检测终端
边云协同的全频段多系统卫星导航软件接收机
陆明泉团队开发的北斗三号接收机技术
支撑了国家地基增强网
2500多个参考站的升级换代
成功孵化了3家高新技术企业
芯片和设备已实现量产和规模化应用
他们近期突破的北斗三号
B1、B2频段宽带信号接收技术
得益于QMBOC、ACEBOC调制
和CEMIC复用
所形成的独特信号结构
其单点实时定位精度
突破一米大关
超越了“导航摩尔定律”
有望成为其他卫星导航系统
难以超越的亮点
此外
陆明泉团队的研究成果
也助力了卫星导航应用安全
经过近十年的研究积累
他们在导航信号干扰检测和抑制方面
取得系列突破
发明的高精度抗干扰阵列接收处理技术
解决了抗干扰与测距精度间的矛盾
成功研制的卫星导航抗干扰防欺骗终端
已在国家重要设施和高价值平台上
得到应用
2020年
陆明泉荣获国际导航领域
久负盛名的权威奖项——
导航学会（ION）瑟洛奖
成为该奖项自1945年设立以来
中国乃至亚洲首位获奖者
这是目前中国科技工作者
在国际导航领域获得的最高荣誉
团队成员姚铮副教授
曾获得2017年ION早期成就奖
也是该奖项设立以来
中国乃至亚洲首位获奖者
他们的获奖标志着
清华大学在定位、导航与授时技术方面
跻身世界一流
在国际学术界和工业界
具有重要影响力
陆明泉荣获ION瑟洛奖
姚铮（右二）荣获ION早期成就奖
今年9月19日
随着北斗三号系统
最后两颗导航卫星被送入太空
北斗三号工程正式收官
11月28日
中国卫星导航系统管理办公室发布
《北斗卫星导航系统2035年前发展规划》
中国计划2035年
建成下一代北斗系统
陆明泉团队将继续参与其中
用清华智慧助力北斗闪耀
陆明泉团队
从“一张白纸”到世界一流
在书写“北斗传奇”的征途上
中国科技工作者前进的每一步
都坚实而沉稳
仰望星空，展望未来
陆明泉团队“希望利用多种新型技术
对卫星导航系统进行增强、补充、备份
通过异构信息的有机融合
进一步提升定位、导航与授时服务性能
赋能智能化经济社会发展
助力打造国家级的
综合定位、导航与授时体系”
统筹｜吕婷
文｜吴一凡
视觉设计｜贺茂藤
排版｜胡文悦
编辑｜彭稳平
责编｜苑洁
审核｜刘蔚如
清华大学版权所有
