刘晖：为“北斗”开辟新的旷野

杜月娇

千百年来，时空信息一直是人类认识世界、改造世界、进行社会活动的重要信息。特别是在今天的信息化社会中，约80%的信息都与时间和空间有关，位置数据的精准性越高，能够帮助用户解决的问题就越多。自动驾驶、AR/VR、智能机器人的出现，更是催生出对精准位置数据的大量需求，对时空的感知分辨率提出了更高的要求。在此背景下，能够为全球用户提供全天候、高精度的定位、导航和授时服务的重要空间基础设施——“北斗”卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）应运而生。

2020年7月31日上午，“北斗三号”全球卫星导航系统全面组网。

在卫星导航系统建成的背后有这样一个身影，他是中国第二代卫星导航重大专项“北斗”接收机通用数据国际标准推进工程的负责人，作为负责人为全国80%省级卫星导航基准站网及众多城市基准站网的建设提供了技术支持，有力地推动了我国“北斗”卫星导航基准站网的建设，为“北斗”卫星高精度定位技术奠定了坚实的基础，他就是武汉大学卫星导航定位技术研究中心教授刘晖。

时间的玫瑰

和那些从本科到博士按部就班的科研工作者不同，刘晖本科毕业后直接选择了工作，这一干就是整整9年。刘晖先后在全国城市测量GPS应用研究中心、国家光电测距仪检测中心和中国测绘科学研究院大地测量研究所担任助理工程师、工程师。

“我那个时候学习成绩很一般，考研三次都失败了。”刘晖很感谢自己的导师刘经南院士，在这9年的工作生涯里，他时常和刘老师交流工作中的困惑，刘老师则一直鼓励刘晖要继续学习，不能放弃读书的机会。

2000年，按照教育部等的规定，刘晖以研究生同等学力参加了博士入学考试，多年的坚持没有白费，他如愿地进入了武汉大学。

刘晖至今还记得，正在备考的他跟着团队前往包头进行野外测绘，零下二十几度的气温里，他裹着军大衣一边看着设备一边埋头看书。“不能轻易放弃是我那个时候唯一的念头。”刘晖说，要想工作以后再回炉读书，需要很坚韧的信念才行，因为自己的时间成本远远大于那些本科毕业之后直接考上研究生的人，一步落后步步落后，这个时候只能破釜沉舟。

刘晖指导学生

付出的艰辛太过深刻，也因此，刘晖在博士期间倍加努力。令他尤其难忘的是针对连续运行参考站（CORS）的理论和技术进行的原创性研究。“那个时候，我做的是现在云计算的雏形，将卫星定位从单纯的静态测量变为动态的测量。”现在，刘晖拿出一个手机或者一个装置就能很快得到精确的位置信息，但是在20年前，如果想要一个精确的位置信息，则需要观测几个小时甚至几天的时间。

所以为了让静态的测量转变为实时的动态测量，并且大幅度提高原有测量的精度，就需要一系列的基础建设，用刘晖的话来说就是建参考站。他将网格、服务科学、计算机网络等理论和方法运用到卫星导航与定位领域内，首次提出了CORS体系结构、服务质量等概念并建立模型，提出了系统设计、测试等关键技术问题的解决方案，其有效性在实践中得到了充分验证。

目前，刘晖提出的CORS体系结构已具有规模大、服务实时性强、定位精度高的特点，CORS系统的建设已成为国内乃至世界GNSS的最新技术和发展趋势。它不仅能够建立和维护城市测绘的基准框架，而且能够全自动、全天候、实时地提供高精度的时间和空间信息，成为区域规划、管理和决策的基础，也能够提供差分定位信息，拓展了交通导航的新应用。“我们做的事情实际上是属于支撑城市建设的领域，为老百姓的生活带来便利，比如说出行、智能交通、物流等，未来都会成为智慧城市的重要基础设施之一。”这也是目前正在建设的“北斗”卫星导航系统地基增强系统的工作内容。

9年的工作生涯和6年的博士生涯，让刘晖这样一株不起眼的“野生玫瑰”，淬炼成耀眼的一枝独秀，这是时间赠予他最好的礼物。

“北斗”国际标准

博士毕业后，刘晖进入武汉大学卫星导航定位技术研究中心工作，他主持了全国80%在建和已建省级系统的技术支持工作，以及众多城市系统的建设工作，有力地推动了我国参考站网的建设。除此之外，刘晖最重要的工作是将“北斗”写入国际标准。

接收机国际通用数据标准是由专业国际组织制定，与全球卫星导航产业密切相关。它主要包括国际海事无线电技术委员会（RTCM）的标准，国际航海电子协会（IMEA/NMEA）的标准，国际全球卫星导航系统服务（IGS）的标准及其与RTCM联合制修订的标准，这些标准涉及各类民用GNSS接收设备，可以说，几乎所有的通用GNSS终端设备都会支持上面的一种或几种标准。

那么写进国际标准的意义又是什么呢？在刘晖看来，有三个意义。第一，标准是国际市场的通行证。如果“北斗”缺位国际标准，国产接收设备就无法进入国际市场。“对于国内的卫星导航终端的产业和系统服务商来说，标准是不可或缺的。”其次，在各个国际标准里加入“北斗”的相关内容，对中国走出去是非常重要的助推力量。第三，加入国际标准是国家卫星导航技术升级和产业发展的必然趋势。

2012年，我国“北斗”卫星导航系统正式提供服务。2013年9月，在RTCM的第104专业委员会（RTCM SC-104）年会上，“北斗”系统工作组（BDS WG）成立，武汉导航院韩绍伟博士担任该工作组主席，刘晖担任副主席。RTCM SC-104是专门负责差分全球导航卫星系统协议（DGNSS）、接收机数据自主交换格式（RINEX）等标准制订和修订的专业机构。

“我的主要工作就是把‘北斗’相关的一系列数据存储、数据差分等内容写进国际标准里，然后推动国内的厂家向国际标准靠拢，使用户用不同的终端都能得到‘北斗’的有效服务。”刘晖知道，在没有统一标准的情况下，厂商对“北斗”系统信号中NH码符号规则的理解各异，不同厂商之间、不同接收机厂商与软件厂商之间，以及在参考站系统服务中，都存在着精密数据处理失败的问题，许多用户将其归结为BDS信号质量差、卫星分布不好等系统原因，从而损害了“北斗”系统的声誉。所以BDS WG的成立，为我国专家提供了一个向国际社会澄清的机会，“北斗”高精度应用中出现的服务故障、系统兼容性差等问题，并非“北斗”系统本身所致。经协调，BDS WG的建议被各大接收厂商采纳。

经过整整7年的不断突破和创新，刘晖秉承着“从技术出发去论证，用标准的语言去对话”的理念，带领BDS WG开展了一系列卓有成效的工作，极大增强了全球用户对“北斗”高精度应用的信心。

2020年11月，国际民航组织导航系统专家组第六次全体会议（NSP/6）以网络会议形式召开。会上，由民航局空管办和中国卫星导航系统管理办公室共同组织的“北斗”国际民航组织标准化工作团队成功推进完成了“北斗三号”全球卫星导航系统全部性能指标的技术验证工作，这标志着将“北斗”系统正式写入国际民航组织标准的最核心、最主要工作已经完成。

热爱与前行

“我很早以前就很喜欢旅行，考大学的时候，我家在北京，但我就是想去外地读书，因为看到火车就想到旅行，很开心。”刘晖回想起23年前选择武汉测绘科技大学（现为武汉大学）的初衷，这可能就是刻在他骨子里热爱行走的人类基因。

事实上，刘晖对旅行的喜爱，一直持续到了今天。“两年前我刚好在美国凤凰城开会，开完会抽了几天的时间，前往美国大峡谷的谷底，来了一次25公里当天来回的徒步旅行。”

每年有300多万人来到大峡谷国家公园，但其中99%的人都是坐车来这里，他们无法知道谷底的美丽景色，只是下了车拍几张纪念照片、买几件T恤就走了。而刘晖选择徒步穿越，身临其境去体验。

这是一段25公里长、下1750米、上1500米的路程，他一天就走完了。“往返差不多10个小时，沿途没有水和食物补给，所有东西都必须自己背，非常锻炼人的体力和毅力。我觉得这种亲近大自然的活动非常棒。”

当刘晖来到峡谷深处的火山口时，他能看见岩层接近彩虹的颜色，非常醒目。蜿蜒的科罗拉多河通过漂亮的丝带——高30公尺的瀑布，在微风中向他招手示意。而当刘晖到达底部，仰望的时候，他又会觉得自己像蚂蚁一样渺小。

这是很多人一生都无法体会到的绝美风景。就像参与“北斗”的建设，推进“北斗”写入国际标准，这也是很多人无法触碰到的研究工作。但对于刘晖来讲，他看见了美国大峡谷的绝美风景，也触碰到了“北斗”背后最重要的工作。

刘晖不会停滞不前，就像他喜欢的旅行要keep going（继续前行）一样，他还有很多事情没有做完。带学生和做科研仍然是他今后人生中最重要的两个部分。

“对于硕士，我希望他能解决别人提出的问题；而对于博士生，我希望他能自己提出并解决问题。”刘晖对不同阶段的学生有着不一样的要求，同时他也希望学生的性格是开朗的，有很强的抗压能力，这样才能在科研过程中孜孜不倦，持之以恒。

刘晖一直认为导师的作用并不完全是教授知识，更重要的是教授方法和做人之道，同时提供机会，开阔学生的视野。“疫情之后，国际会议就很少了，但我还是会督促他们去参加国内的行业大会，比如成都的导航年会，多去交流才有意义。”

除此之外，刘晖每周都会和学生开组会进行汇报，关心学生的研究方向，同时调动学生参与实际工程项目的积极性，培养学生的动手能力。当然学生的心理方面也不能忽视，“我办公室旁边就是学生机房，我经常去学生机房看看他们的状态，状态好了我就会很放心”。

目前“北斗”系统正式写入国际民航组织标准的最核心、最主要的工作已经完成，其他未完成的部分也在有条不紊地进行中，刘晖将继续跟进这部分的工作。“我们现在研究的是地面，未来还想把多GNSS融合导航定位理论与算法研究等诸多技术，发展到深空、海洋，做相关的高精度定位，基于我们现在的国际标准，做出相关的产品来，是我们研究中心下一步的方向。”

刘晖的导师刘经南院士提出，“北斗”是一种赋能技术，通过与其他技术的融合，“北斗”为这些技术赋予时空新功能，使这些技术升维增效，随着时代发展，其未来应用有极大的想象空间。如果能实现“5G+北斗”融合和相互赋能，将有大量的机遇，能产生颠覆性的技术，能创造跨世纪的辉煌。这是一个更加广阔的、更激动人心的新领域，刘晖将带着热爱行走的人类基因在这个新的领域继续前行和探索。