摘要:作为北斗重大专项体系总体组专家、低轨星座导航增强技术专家,国防科技大学教授唐小妹说:“用技术创新推动北斗卫星导航系统成为世界最先进导航系统,是我和团队的追求。未来,我们要设计和优化低轨道卫星星座,建成更加融合、智能的综合时空体系,使北斗卫星导航系统性能全面提升
唐小妹,这个听起来像邻家女孩般亲切的名字,却与构建北斗卫星导航系统这一伟大事业紧紧相连。
作为北斗重大专项体系总体组专家、低轨星座导航增强技术专家,国防科技大学教授唐小妹说:“用技术创新推动北斗卫星导航系统成为世界最先进导航系统,是我和团队的追求。未来,我们要设计和优化低轨道卫星星座,建成更加融合、智能的综合时空体系,使北斗卫星导航系统性能全面提升。”
前不久,唐小妹被授予全国三八红旗手称号。
“只有敢于挑战,才能实现超越”
高考后,成绩优异的唐小妹考入国防科技大学。
唐小妹至今清晰记得自己参与的第一个研究项目。2007年4月,我国发射了北斗二号首颗中圆轨道飞行试验星。然而,当年年底研究人员就发现这颗试验星受到大功率强电磁干扰,指令接收成功率不足50%。如果不解决这一问题,后续卫星组网计划将难以进行。
此时,唐小妹一边忙着撰写博士毕业论文,一边跟随导师、国防科技大学教授王飞雪参与到北斗二号建设任务中。
摆在唐小妹所在团队面前的有两条路:要么对已经投入建设的卫星组网系统进行重新设计,要么增加抗干扰设备、打造“电磁盾牌”。前者技术要求低但耗资巨大,后者投资少、安全性高、解决问题彻底,但实现难度非常高。团队选择了后者。
“科研没有捷径。只有敢于挑战,才能实现超越。”唐小妹初生牛犊不怕虎,带领信号处理组主动接下了抗干扰设备信号体制设计这一艰巨任务。信号体制设计是项目中最关键、最基础的一环,直接决定设备抗干扰能力的强弱和高精度测量的灵敏度。如果这项工作没有做好,设备的抗干扰能力将无从谈起。
时间紧、任务重,唐小妹把洗漱用品和折叠床都搬进了实验室,经常两眼一睁干到天黑。
“数据传输出现错误,抗干扰能力减弱。”一次,团队成员霍树民的一句话,中断了唐小妹的思考。
“信号设计格式,正确。调制方式,正确。编码方式,正确……问题究竟出现在哪里?”唐小妹边说边带领团队逐一排查影响因素。经过讨论分析,他们决定尝试更改仿真环境中干扰源部署参数,并重新设计信号格式,最终解决问题。
经过不懈努力,唐小妹负责设计的信号体制显著地提升了指令接收成功率,降低了误码率,基于此设计研制的抗干扰卫星载荷性能指标得到大幅提高。经测试,某区域卫星信号有效接收率从不足50%升至100%。
“要么不干,干就要干到最好”
让北斗三号服务全球是北斗卫星导航系统“三步走”计划的最后一步。要拿下北斗三号信号源项目,唐小妹所在团队必须参加上级组织的比测试验。2009年,刚休完产假的唐小妹毫不犹豫地投入这项任务。经过一轮又一轮鏖战,团队终于以绝对优势获得了第一名,成功拿下项目。
“要么不干,干就要干到最好。”唐小妹说。这也是她在科研工作中的口头禅。
2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统正式开通。彼时,唐小妹脑中萌生了一个大胆的设想:在万物互联的智能化时代,能否将导航功能集成到低轨星座上?
低轨星座的导航增强技术蕴含巨大发展潜力与应用价值。在自动驾驶领域,它能够为车辆提供更精准的定位信息,使行驶路线更优化。在移动物联网方面,该技术可以实现海量终端设备的高效连接与实时追踪。在遥感对地观测领域,它能够显著提升观测数据的精度与时效性。
“如果能集成,那么该集成哪种导航功能、怎么集成?”唐小妹说,这一设想太新了,没有可参考的文献,但她决心啃下这块“硬骨头”。她带领团队反复论证,组织相关单位集中研讨,赴总体单位、科研院所等开展调研,力争拿出一个完美方案。
要将导航功能集成到低轨星座上,唐小妹和团队首先要解决多波束技术这个核心问题。
研究初期,唐小妹从常规思路出发,尝试从设计上来解决多波束问题。她带领团队一口气设计了6种方案,但经验证后发现,这些方案会增加整个系统建设成本。经过多轮讨论与不断尝试,他们决定更换思路,从优化设计入手,最终解决了这一问题。
经过不懈努力,唐小妹及其团队找到将导航功能集成到低轨星座的方案。
“北斗卫星导航系统如同坚实可靠的‘主心骨’,撑起全球导航的基本架构。低轨星座导航增强技术则像灵巧有力的‘辅助臂’,为北斗精准定位添砖加瓦。二者紧密配合,共同编织出一张高精度的导航服务大网。”唐小妹说。
“接力棒要稳稳地交给年轻人”
“同学们,这是海浪的频谱声,这是驼背鲸的频谱声,这是鼓虾的频谱声……”唐小妹在课上一边给学生播放水下采集的声音信号及对应的频谱,一边讲解道,“通过了解水中各种生物发出的声音特点,我们就可以用仪器测量出这些声音中的一些特定频率。这些频率就像生物的‘指纹’,能帮助我们识别出是哪种生物在发声,还可大致判断出它们的位置。”
这些年,无论科研任务多么繁重,唐小妹从未离开过三尺讲台。专业课内容往往枯燥难懂,但她总能让知识变得鲜活起来。十几年来,学生们对唐小妹课程评价最多的是“生动形象”“通俗易懂”。
“教员不仅要传授知识,更要守护心灵。”唐小妹说,这份守护,不仅体现在课堂上,更藏在那些润物无声的关怀里。
“唐老师,我感觉自己不适合读博士,更不适合做科研……”一天深夜,在办公室加班的唐小妹看到学员刘吉洋在周报上写的这句话,心里五味杂陈。
刘吉洋作为获得硕博连读资格的优秀学员,成绩十分突出。然而,从课程学习到科研创新的跨越,让他无所适从,产生了严重的焦虑情绪。某天晚上,刘吉洋躺在床上辗转难眠。突然,手机屏幕亮起,唐小妹发来的信息映入眼帘:“我非常理解你的焦虑。直接从本科跨入博士,压力确实很大。不过,现在最重要的是梳理思路、聚焦问题,开小口、挖深井。明天我们仔细讨论修改方案……”
简单的鼓励并不难,难的是持之以恒的支持。从那以后,唐小妹每周批阅刘吉洋的周报总结,见缝插针和他讨论研究细节……唐小妹始终耐心指导、倾囊相授,让刘吉洋逐渐找到了自己的方向。最终,他的论文发表在《自然》杂志子刊上。
“接力棒要稳稳地交给年轻人,北斗的未来离不开他们。”唐小妹说,“我的梦想就是带好团队、带好学生。”这份对教育事业的执着坚守,不仅是她的职业信条,更是她以师者匠心托举北斗的庄严承诺。(科技日报记者 张强 通讯员 陈璠 王曼)
来源:光明网