北斗系统研制建设有了“工业母机”——北斗三号系统级试验床亮相背后的故事

工业母机，制造机器的机器。对高端制造业来说，工业母机的重要性不言而喻。连日来，这个概念在资本市场上掀起一波热潮。

如今，我国北斗系统研制建设也有了“工业母机”。

9月16日，由国防科技大学北斗团队主持研制、具有完全自主知识产权的北斗三号系统级试验床，在当天开幕的首届北斗规模应用国际峰会上正式亮相。该试验床由北斗数字孪生软件系统与信号传播环境模拟硬件系统组成，是北斗试验验证核心系统。

值得关注的是，由于在北斗三号试验验证中发挥的重要作用，该系统级试验床被称为确保我国北斗三号研制建设顺利高效的卫星导航领域的“工业母机”。

第三代导航系统必须要有系统级试验床

北斗三号系统级试验床具备系统方案验证与优化、卫星/地面站入网测试、卫星在轨试验与参数优化等能力，能降低系统技术风险，提高系统规模应用性能。

2020年7月31日，北斗三号卫星导航系统正式开通。这套系统级实验床的投入使用，为北斗三号提前半年完成全球组网建设、建成即服务、服务即见效发挥了关键作用。

“系统级试验床就好比是一个大型模拟系统。在试验床上，我们可以将北斗三号卫星导航系统完整地‘映射’出来。”该项目技术负责人刘文祥研究员介绍。

资料显示，我国的北斗三号和美国正在进行现代化升级的GPS Ⅲ系统同属第三代卫星导航系统，系统复杂度和技术耦联性相比第二代发生了质的改变。如果没有系统级的试验平台作为保障和支撑，第三代系统的研制过程会出现很多技术风险。

因此，美国GPS系统与欧洲伽利略系统很早就开始了这方面的技术探索和研制。但由于系统级试验床牵涉到多个学科，技术挑战性很大，研制难度相当高。

“这就好比，以前我们做研究可能一台微机就足够了，但随着系统复杂度的提升，我们就需要超级计算机来进行辅助。”刘文祥说，“因此，北斗三号卫星导航系统开始论证之初，建设北斗试验验证系统、攻克系统级试验床核心技术，就被提上了日程。”

“搞这类高难度科研，就是打大仗、打硬仗”

系统级试验床的研制曾有两种技术思路：一种是完全利用硬件设备搭建出北斗三号系统中的卫星和地面站，在地面完整地模拟北斗三号系统运行。这种思路的缺点是不够灵活，而且成本巨大，几乎接近重新研制一套北斗系统。另一种技术思路就是软硬协同，利用系统仿真实现大多数功能，这种思路优点是灵活、成本较低，但技术难度也更大。

北斗团队选择了难度更大的后者。他们说：“军人天生为打仗。搞这类高难度科研，就是打大仗、打硬仗。”

在国家科技重大专项支持下，他们突破了全系统高逼真高加速比仿真、传播环境信道高精度模拟等核心关键技术，攻克了数字孪生软件系统与硬件信道模拟系统精准协同运行的难题，研制成功了国际卫星导航领域首个系统级试验床，为北斗系统优化设计与成功建设提供了核心能力平台支撑，显著降低了北斗三号工程技术风险与建设成本，大大缩短工程建设周期。

记者了解到，该系统级试验床目前已成功应用并广泛支撑了北斗三号系统设计、研制建设、在轨联试的各阶段试验任务。未来，这项成果还将在国家综合PNT（导航、定位、授时）体系、低轨卫星互联网系统等方面进一步扩展，全面促进行业领域规模应用。