卫星互联网时代的技术攻坚者

李刚

2020年4月20日，国家发改委正式将“卫星互联网”纳入“新基建”。这标志着：2020年将成为我国卫星互联网建设元年，并预计其将成为贯穿“十四五”的重要投资阵地。

卫星互联网顾名思义，就是靠卫星来提供互联网服务。一般来讲，地面网络通信主要依靠基站，而卫星互联网则是基于卫星接入互联网，是卫星通信与互联网相结合的产物，也是信息通信网络从平面到立体的重要拓展。卫星互联网的建设，不仅提供了另外一种互联网接入方式，弥补了地面通信覆盖的不足，使得如偏远地区、高空飞机上也可获得不间断的网络服务；更重要的是它具有广覆盖、大容量、高机动的优势，在航海通信、应急通信、科考勘探等领域有着不可替代的作用。

航天梦助推中国梦，而卫星互联网技术便是航天梦的重要组成部分。作为中国航天卫星通信设备的中坚力量，北京理工大学通信与网络实验室工程师宋哲，一直与团队成员们奋斗在我国“卫星通信测量”的一线。多年来他们以梦为马，用扎实的科研基础，不懈的科研实践，为我国的航天卫星通信事业发展做出了关键贡献，为早日摆脱国外的技术控制，走出了属于中国科研人掷地有声的脚步。在国家发改委正式将“卫星互联网”纳入“新基建”的背景下，他们在研究领域打破更多未知，在商业航天领域这一梦想之地，施展科研抱负的决心也愈加坚定。

立志：打造属于中国的卫星通信技术

2008年5月12日14时28分，中国四川发生了里氏8.0级特大地震，这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广、救灾难度最大的地震。在这场灾难中，数万同胞失去生命，数百万群众失去家园……这一年，对于中国通信人来说，同样是难以忘怀的一年，每当谈起，宋哲的心中总会涌起很多的感慨与遗憾。

当时，因为地震突然爆发，地面通信全部中断，有线交换局受损616个，无线基站受损16507个，电话和手机无法接通，这为救援工作带来了极大的困扰。而这种失去通信的情况，一直持续了31个小时，直到救援人员依靠美国的卫星电话，才让重灾区与指挥部取得了联系，且直到147个小时后，灾区通信才彻底恢复。“中国作为世界大国之一，在出现关键事故情况时，只能用其他国家的卫星通信设备，这件事对于我们通信人来说，是很沉重的打击。”宋哲说。正是在这一背景下，她和团队成员们决心在卫星通信技术领域展开一系列攻关。

事实上，从本科开始，宋哲就积累了一系列科研实践经验。2005年，宋哲以627分的高考成绩考入北京理工大学实验班，在大三时期，她就作为项目负责人，完成了作品“废旧电池回收机”并参加了北京市机械创新设计大赛，获北京市机械设计大赛一等奖，并以北京市第6名的成绩获得晋级全国赛的资格。在此之后，她又在武汉参加了全国大学生机械创新设计大赛，第一轮即出线获得了全国机械设计大赛一等奖。除此之外，她还作为项目负责人，申请并完成了“基于ARM嵌入式的汽车身份识别系统”项目，而这也是第一批获国家资助的全国大学生创新项目之一。在研究中，从需求分析到系统建模、关键技术攻关，以及总结报告的撰写，都有一套十分完整的流程。而这些经历也在无形中培养了宋哲更为严谨的科研思维。

2009年，宋哲以专业第8名的成绩被保送至北京理工大学通信与网络实验室攻读研究生。研究生阶段，她就参与了两项国家自然基金项目，负责航天、雷达、武器用测试设备研发，包括误码率分析仪、上行信号分析仪、下行信号分析仪、指令模拟器等。2012年，宋哲顺利获得了实验室突出贡献奖，以及校级优秀毕业论文奖励。多年的科研实践经历，培养了她重视“工程实践”的思想与意识，为她今后科研工作的开展奠定了坚实的基础。研究生毕业后，宋哲基于自己的研究经验，选择继续扎根北京理工大学通信技术研究所从事科研工作，在卫星通信测量领域不断笃行、开拓。

扎根：卫星通信测量领域的数年攻关

卫星通信测量领域的技术突破，是大国科技竞争力的体现，与国家利益密切相关。

2011年，美国人针对中国出台了《沃尔夫修正案》，该法案几乎阻断了中美在太空领域的所有合作，航天领域高端测量技术对我国严格封锁，高端测量设备完全禁运。这对于中国的通信领域来说，无疑面对着前所未有的困难与挑战。

“科学没有捷径可走。通往真相的路，得自己寻找。”宋哲深知：依靠国外的相关技术建构起我国的通信网络的方法治标不治本，核心技术却永远被人“卡脖子”。在这一背景下，她和研究团队成员们勇担肩上的职责与使命，一直在不遗余力地支持和发展我国的卫星通信技术，多年来从未懈怠。

测量是对卫星研制、发射和在轨过程中所产生偏差的量化测定，贯穿了通信卫星的全生命周期，是卫星通信产业链的关键一环。在进入北京理工大学通信技术研究所从事学习和科研工作的多年来，宋哲参与/主持了系列化卫星通信测量仪的研制，并通过与研究团队成员多年的创新探索，在理论研究、技术研究以及硬件研制方面取得了一系列创新性科研成果。

在理论研究中，他们揭示了大规模通信卫星参数同时可辨识机理，提出了面向卫星通信的参数矩阵并行测量新模型，团队成员作为第一作者发表SCI论文12篇。

在技术创新研究中，他们发明了通信阵列正交解耦测量技术，将串行测量转变为并行测量，研制了我国首套卫星通信阵列参数矩阵并行测量仪。发明了任意码率调制解调技术，提出了覆盖9种调制模式的卫星通信可重构测量架构。发明了基于正交调制的多模信号解析方法，实现了20余种连续/突发波形的低复杂度产生，研制了多分量宽带模拟源。

在硬件的研制方面，他们成功研发了多款“FPGA+高速ADC+高速DAC”體制的复杂信号处理板卡。成功研制了多模式卫星通信信号处理芯片，实现多种不同模式卫星通信信号的收发。从需求分析到前后端设计均独立完成，拥有完全自主知识产权。

优秀的研究成果，得到了领域内的广泛认可。两家国家一级计量单位为宋哲团队研发的仪器出具第三方检测报告：“卫星通信测量仪的幅度测量精度优于±0.1dB、相位测量精度优于±1°。”对比行业内的其他产品，他们所研制的产品价格大幅下降，具有良好的国际竞争力。值得一提的是，由宋哲参与的“卫星通信阵列测量技术与应用”项目还获得2019年度国家科学技术发明奖二等奖，而这些都是对她多年来坚持科研创新开拓的最大肯定。

无畏：创新开拓的科研攻艰路

宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。科学研究困难常在，唯有攻克一切困难，朝着目标不懈努力，方能获得成功。“在科学研究的道路上，特别是想要往上攀登科研高峰的时候，其实是一个非常痛苦的过程。”宋哲说。而如今回忆起科研路上所经历的一系列艰辛时刻，她仍认为这一切经历都是宝贵且值得的。

在目前卫星移动通信系统中，相控阵天线是最重要的一种天线形式，由天线阵、馈电网络和波束控制器三个部分组成。尤记得在“北斗”相控阵天线的测试中，宋哲及其研究团队就经历了艰难的攻关时刻。“因为咱们国家的北斗导航系统有非常高的时间精度要求，而测量仪器的精度要求比北斗还要高两个数量级。”因此，当时在接到这项任务时，宋哲课题组都承受着很大的压力。

为了攻克研究中出现的设备问题，宋哲与研究团队一行人还来到了中国航天科技集团有限公司五院（504所）西安分院的旧址，利用当时做远距离实验的相关仪器，展开了一系列探索。为了顺利解决当时研究中出现的问题，宋哲及其研究团队的一行伙伴，每天早晨六七点钟就要去现场展开实验攻关，晚上一两点钟才能回到住处。在这种情况下，经过一次次的失败与不断的尝试，他们把军事通信中的干扰抵消应用其中，最终成功解决了相关的技术问题，并申请了多项相关专利。航天五院出具了相关专利的应用证明，认定相关技术填补了卫星通信领域时延差测量的空白，保证了“北斗”卫星导航系统的时间精度。如今回想起这段时期，宋哲脑中所想到的都是当时攻关探索的难忘经历，“虽然辛苦但经历是无价的。”宋哲说。

前行：再谱卫星互联时代新篇

习近平总书记曾说过：“青年是祖国的前途、民族的希望、创新的未来。青年一代有理想、有本领、有担当，科技就有前途、创新就有希望。”将创新的思想融入血液，将产业化的观念融入灵魂，将对科研的热爱化为促进自己不断前行的动力。在科研前行的道路上，宋哲的初衷始终如一。

作为一名科学研究者，她对创新也有着属于自己的看法。在她看来，创新也应划分为不同的层级。理论或原创性的创新，是最难的，也能带来更多的收益。第二个层级的创新，就是应用方面的创新，比如用老方法解决新问题、用新方法解决老问题。在卫星通信测量中，如果只是考虑与测量相关的理论和技术，就很难实现创新。而宋哲团队在卫星测量方面能做出大量创新性科研成果的原因，就是因为他们在移动通信和军事通信领域都有着非常深的科研积累。

做移动通信出身的科学家对码分多址（C D M A技术）都不陌生，这一技术在移动通信中已经是一项十分古老的技术，但是，宋哲及其研究团队却创新性的将CDMA技术应用在了卫星通信测量中。“在相控阵通道的测量中，如果一个通道一个通道去测，速度就会非常的慢。而将CDMA技术应用其中，将每一个通道当作移动通信中间的一个用户，就能打破传统方法的限制，一次性将通道全都测完，把效率提高了100倍。”宋哲说。正是多年在科学研究领域的不断摸索、实践、创新，才铸就了宋哲及其科研团队众多科研成果的诞生。

在与团队成员并肩前行的道路上，宋哲也逐渐将创新的科研理念的融入自己的血液中。如今，她也在将这种思想与观念承袭下去，更好地影响自己的学生。

在学生的引领中，她始终认为：当代科研人不仅要会写论文，还应该真正具备工程实践能力，这才是社会所需要的。“我们团队的学生培养主要分4大类，即软件、硬件、逻辑、算法这4大类工程师，每位学生按照自己的兴趣爱好选择其中的一类，然后老师会在这一方向中培养学生的各项关键技术。”宋哲说。在学生的培养过程中，他们十分注重学生的团队合作、动手能力、口头表达能力的系统培养。而多年来，他们的教学方法也得到了很好的社会反馈。迄今为止，团队培养的很多学生已成为我国科研院所以及高新技术单位的中坚力量。

未来任重而道远，我国的卫星互联网领域又将迎来新的变革。近年来，我国加快商业航天发展，航天领域正在逐步向民营企业加快开放，再加之近期“新基建”的导向作用，卫星互联网正成为市场上的新“风口”之一。市场预计，中国的卫星互联网产业正处于爆发前夜。未来10年国内低轨卫星系统中卫星规模有望达到3000～6000颗的水平，2030年，中国卫星互联网总体市场可达到千亿规模。

一切过往，皆成序章。在这一背景下，宋哲及其研究团队又将迎来新的挑战与机遇。未来，她还将和研究团队成员们趁着卫星互联网的发展，投身到商业航天领域的时代洪流中，进行一系列全新的尝试与开拓。“我们的目标是将来不管什么时候，以任何形式，能通过自己研發的科研技术，帮助国家的某一研究领域实现突破，真真正正地于国于民做出科研贡献。”宋哲坚定地说。

未来，征途依旧漫漫。未来，脚步更大更远！