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跨越河汉 精准导航

2020-12-11 14:07:00    来源: 中国自然资源报    作者:高悦

编者按 2020珠峰高程测量的一个重要技术创新与突破,是首次在珠峰峰顶开展了北斗卫星定位测量,实现了北斗卫星导航系统在极寒、低压环境高精度定位的应用。其中,在峰顶使用的全球导航卫星系统(GNSS)接收机,就是由上海华测导航技术股份有限公司研制出品。今天,让我们来共同了解华测导航的科技创新之路。

在上海华测导航技术股份有限公司,一组数字格外抢眼:在这个不到1200人的企业,产品技术研发人员占全公司总人数的40%;每年投入研发经费上亿元,占产品销售收入的15%以上,并逐年递增;参与完成了国家“863计划”“973计划”等30余项重大科研专项,多次荣获国家科技进步奖、国家技术发明奖等。

加强科技创新、与“北斗”共成长,已成为华测导航的企业文化之一,融入华测人的血脉里。

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华测无人船搭载多波束在东海大桥进行桥墩桩基内部地形扫测

珠峰之上担重任 

5月27日,上午11时,珠穆朗玛峰峰顶,2020珠峰高程测量登山队8名攻顶队员成功登顶。

登顶之后,才是最紧张的时刻。队员们要树立测量觇标,用GNSS接收机通过卫星进行高精度定位测量……这些操作容不得半点差错。

13时20分许,8名队员完成峰顶测量作业下撤。当下撤画面传到电视直播屏幕上时,千里之外的华测导航会议室里,响起一阵欢呼声。

本次珠峰高程测量,国产设备担当重任。峰顶之上,队员们使用的GNSS接收机就是由华测导航研制,可通过处理中国北斗、美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略的卫星导航系统信号,输出卫星观测量,从而确定珠峰高程。这是我国首次全程采用国产北斗高精度定位设备进行珠峰高程测量。

目睹此情此景,华测导航总裁朴东国激动地说:“国产GNSS设备登顶珠峰,标志着国产测量设备的技术达世界一流水平,我们非常自豪。”

珠峰是国际测量技术的竞技场。在测量世界最高峰“身高”的过程中,科技的力量总是与人类的脚步同行。华测导航接到任务后,立即抽调公司技术骨干成立项目团队,负责测量任务对接。他们在环境适应性、安全性、可靠性等严格测试基础上,选择北斗高精度接收机P5为基础,对其硬件设置与配套软件进行了改装升级。

在极端环境下开展测量作业,对GNSS接收机的技术性能提出了很高要求。尤其是在珠峰峰顶作业,设备必须要轻便、操作简易,让队员们戴着厚重的手套、身体处于缺氧状态时也能完成设备操作。

“每一次改进,都是创新的过程。”华测导航硬件研发总监张沛尧举例说,从主机和天线的元器件到配套的线缆、工具配件,技术团队选用了高质量等级宽温产品,专门定制了耐低温锂电池;天线线缆选用耐低温材质,确保低温条件下线缆不会开裂、信号传输不会衰减;优化防水透气阀设计,使设备内外压力一致;针对珠峰峰顶特殊的工作环境,取消了设备开机人工操作程序,可自动进入预定工作模式;减少主机原有功能接口,所有接口全部针对本次测量任务设计,优化现场操作流程。

经过反复试验、层层筛选,技术团队对设备的关键试验项进行了多次检测,最终通过国家光电检测中心的严苛测试:设备在30千帕低气压、零下55摄氏度环境下,可低温贮存48个小时;在零下45摄氏度环境下,可正常工作24个小时。

为确保设备质量达标,华测导航派出技术工程师张党魁全程现场保障,参与完成珠峰周边的测量作业,并将队员对设备的意见建议及时反馈给技术团队,为产品优化升级积累了宝贵的经验。

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2020珠峰高程测量登山队员使用华测设备进行测量。 华测导航供图

精心打磨“中国芯” 

其实,参与本次珠峰高程测量只是华测导航加强科技创新的一个缩影。

近日,在成都举办的第十一届中国卫星导航成就博览会上,华测导航首次推出其研发的“璇玑”基带芯片。这款芯片能够接收全星座、全频点卫星信号,支持中国北斗、美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略等卫星导航系统,可提供低功耗、高性能的位置服务,得到了业内专家和用户的高度评价。

“河汉纵且横,北斗横复直。”自古以来,北斗七星就是中国人辨明方向、把握时节的标志。今年7月,北斗三号全球卫星导航系统全面建成并开通服务,为各国提供一流的卫星导航服务。然而,用好北斗系统,除了要接收“天上”的信号,还需要一个聪明的“大脑”处理各种数据。

芯片,相当于各类导航终端的“大脑”,也是北斗卫星导航产品中最核心的部件。在与国际导航系统的竞争中,芯片是决定产业发展水平的关键和基础。

在北斗卫星导航系统建设初期,中国鲜有企业能生产高性能芯片,绝大部分导航终端均依赖国外天宝、徕卡等企业的芯片。尤其是随着智能驾驶、无人机等应用领域不断发展,迫切需要国产高性能芯片的支撑。

2003年,华测导航成立后,长期坚持研发高投入,在国内较早组建了高精度GNSS板卡研发团队,于2009年研发出基于FPGA的双模双频OEM板卡。

随着北斗系统的建设,华测导航将研发重点放在设备兼容北斗系统的优化升级上。从北斗试运行阶段兼容支持北斗信号,到根据应用反馈不断打磨更新,再到近年来持续优化算法……经过研发团队近10年的攻关、试验和研制,不及方寸大小的“璇玑”终于成功面世。

如今,“璇玑”正式投产,成为新一代全星座、全频点、高精度基带芯片。它是拥有完全自主知识产权的GNSS基带技术,芯片性能可与国外同类产品比肩。

依托“璇玑”,华测导航有效避免了“卡脖子”技术风险,提高了产品在测绘测量、导航应用、自动驾驶、无人机航测、农机自动导航、精密定位服务系统、GIS等领域的技术服务能力。

董事长赵延平说:“‘璇玑’一词,可泛指北斗,亦指观测天象的仪器,不仅寓意这枚芯片可为北斗系统提供支持,也蕴含了公司依靠科技创新发展壮大的决心。”

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华测多平台激光雷达测量系统在新疆托克逊县参与地形图测绘及三维建模项目作业

让新技术更接地气 

从实时监测预警地质灾害,到助力劳动生产效率大幅提升,近年来华测导航积极融入北斗系统,研发的新产品越来越“接地气”,取得了显著的经济效益和社会效益。

在农业领域,过去种地靠经验,现在种地看导航。近年来,我国农业生产装备水平大幅跃升,北斗导航农机自动驾驶系统等越来越多地应用到粮食种植、棉花播种、蔬菜生产等环节。其中,华测导航研发的北斗导航农机自动驾驶系统,就是粮食生产的一道崭新风景。

在新疆、黑龙江等我国粮食主产区,农忙时节人手紧、任务重,技术熟练的农机手非常紧俏,不少人需要加班加点作业。“因为加班加点工作,使得农机手容易因疲劳而导致判断失误。”华测导航副总裁袁本银说,在这样的情况下,轻则造成作业不达标、重则会造成农机事故。

操作不达标是指农机手没有按照直线行驶、播种或者收割,会造成种子、粮食和燃油的浪费。一旦返工就会耽误农时,如果再遇恶劣天气,之前的辛苦就会全部白费。造成农机事故则更危险。农机手夜间加班,光线微弱,一旦遇到沟壑,难免来不及反应,将会造成农机侧翻。

自从在农机上加装了北斗导航农机自动驾驶系统,以上问题迎刃而解。高精度定位导航技术让起垄播种、土地深松、作物收割等农业生产省时省力。农机手只需轻点系统屏幕,不用控制方向盘就能驾驶农机进行播种收割,有效提高了作业质量和效率,单台农机作业量达到以往的2倍以上。作业后的条田接行准确,播行端直,精度可达2.5厘米,每亩增产达2%~3%。

在防灾减灾领域,华测导航研制的普适型地质灾害监测设备在多次地质灾害预警中发挥了重要作用。该型设备具有超低能耗、精度适当、运行可靠、成本较低、推广适用性强等特点,可完成山体位移高精度监测任务,通过变形值智能评估其安全状况。一旦遭遇险情,能够第一时间发出预警,帮助有关部门对相应地区与路段提前组织人员疏散。如今,该型设备已成功应用于贵州、湖北、甘肃、陕西等地的地质灾害隐患点。

此外,华测导航在地理信息采集、交通运输、工程建设等领域的产品也是种类繁多:通过激光雷达、三维激光扫描仪、无人机、无人船、高精度接收机、数据采集终端等产品,让地理信息数据采集效率大幅提升;在道路施工上,高精度测绘可以帮助施工队对道路面层、水稳进行信息化,用更精准、科学的方式进行土石方填筑、摊填、碾压;机械控制技术,促进了数字施工系统在工程建设领域的应用,优化了施工管理方式。

目前,华测产品涵盖算法、芯片、板卡、天线、智能终端和行业应用解决方案等。朴东国表示,未来华测导航将继续推动科技创新,为企业用户、行业用户以及大众消费者提供更快速、更精确、更好体验的卫星导航产品与服务。

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关键词: 珠峰测量
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