2007年,一颗刚刚飞上太空的北斗卫星,入轨没多久就出了大问题——地面发出的指令,卫星能接收到的不足一半,信号时断时续,就跟快没电的收音机似的。
更诡异的是,GPS和格洛纳斯都好好的,偏偏北斗不行。排查下来,结论让人背脊发凉:有人在专门针对北斗的频段打干扰。
一个36岁的教授站出来说,给他70天,他能搞定。
这一刀,捅在了最要命的地方
要理解2007年这次干扰有多狠,得先说一件事——北斗这颗卫星,发射得有多险。
国际电信联盟有个规矩,各国可以平等申请卫星导航频率,但必须在七年内真正发射卫星、真正接收到信号,否则资格自动作废。中国和欧洲的伽利略系统在同一年申请了同一段频率,那是2000年,七年的倒计时就此开始。
2007年4月14日凌晨,北斗二号首颗卫星从西昌发射升空,距离频率失效期限只剩不到四天。 卫星上天之后,还要真正接收到信号才算数。最后信号接收成功的时刻,掐表一算,距离失效不到四个小时。
这是真正的分秒必争。
可问题是,这颗命悬一线飞上去的卫星,刚入轨就被人下了绊子。干扰信号来自西北太平洋方向,每次卫星飞经亚洲特定区域,地面指令就大量失联。对方对北斗工作频段了如指掌,干扰信号里掺着伪码和噪声,不是随便乱放的,是冲着北斗量身定制的。
这种精准,说是"偶然的信号干扰",没人信。
更让人意识到问题严峻性的,是前面几年发生的事。1993年,中国货船"银河号"在印度洋正常跑商贸,被美国以"载有化学武器原料"为由强行拦截,直接断了船所在海域的GPS。那条船在海上漂了一个多月,淡水和食物越来越少,最后被迫接受强登检查,啥都没发现,但人家也没道歉。
2003年伊拉克战争,美军开打前直接关闭了伊拉克境内的GPS,导弹失去制导,战机找不到目标,军队瞬间乱成一锅粥。
看着这两件事,中国已经明白了:没有自己的导航系统,一旦有人切信号,不光是商船漂在海上,整个国防体系都会垮掉。
所以中国当时也尝试走捷径,2003年出资加入欧洲伽利略计划,出了不少真金白银。但合作期间欧洲从头到尾把中国挡在核心研发门外,中国团队做的都是数据整理这类外围活儿。两年多之后,中国认清了,果断退出。外援这条路,彻底堵死了。
就在这个节点上,入轨的卫星又遭到了精准干扰。
没有退路,没有外援,只能自己解决。
12年前就埋下的那粒种子
王飞雪接下这个任务,很多人在背后摇头——国际上这类技术攻关通常得好几年,他承诺70天,不是在开玩笑吗?
但有一件事,质疑的人大多不知道。
早在1995年,王飞雪还是个二十出头的博士生,就干过一件类似性质的事。当时北斗一号有个让整个行业头疼了十几年的技术瓶颈,叫"快捕精跟"——就是怎么让设备快速锁住微弱的卫星信号、精准跟踪不丢失。十几个单位、几十位专家,前后耗了十年,没人搞定。
王飞雪和两个同学主动请缨,借了一间不到十平米的仓库当实验室,设备都是从别的课题组"蹭"来的,就这样干了三年。
1998年,信号成功捕获的那一刻,在场的二十多位专家简直不敢相信眼睛。 三个名不见经传的年轻人,用三年解决了别人十年没解决的事。
这段经历重要在哪里?不在于证明他"天赋异禀",而在于他那套东西——用全数字信号处理来识别微弱信号的核心逻辑——跟2007年要做的抗干扰技术,底层是同一套思路。
前者是在安静环境里找信号,后者是在满是噪声干扰的环境里找信号。技术的DNA一脉相承。
所以2007年他敢立军令状,不是赌气,是算过的。
至于干扰为什么难破,这里有个物理现实:北斗信号到达地面时,功率极其微弱,比手机信号还要弱上一千倍。对方只需要在同一频段注入更强的杂波,信号就被淹没,而且由于频率重叠,传统滤波器根本没办法把它们分开。
面对这个难题,王飞雪的团队做了一个关键的思路转变:不去追着找干扰源在哪里,而是把北斗接收机训练得更"聪明"——让它只认北斗的信号特征,对其他一切东西自动过滤。
这个方向定下来之后,剩下的就是死磕。三十多套方案被推翻,上万次模拟测试,实验室的灯几乎没有熄过。碰上地震,大家第一反应是抱住服务器,因为数据要是丢了,前面全白费。
团队里还有个叫唐小妹的博士生,一边赶论文一边参与攻关,专门负责信号体制的重新设计,这部分是整个系统最基础的一环,体制定错了,后面全跑偏。
最后的结果是:卫星接收地面指令的成功率从不足五成回到了百分之百,抗干扰能力提升超过了一千倍,而且比约定时间提前了整整三周交付。
孙家栋院士后来说,关键时刻敢于亮剑,打了一场漂亮的攻坚战。
这一仗,打出了什么
1000倍是个什么概念?
打个比方:原来有人在你耳边喊喇叭,你什么都听不见;现在换了一副耳朵,喇叭在旁边开着你照样能清晰通话。这不是小修小补,是从"能被打断"变成了"打不断"。
技术层面的后果很快出来了。欧洲那边,2009年派代表团飞到北京,要求中国把北斗的频率"搬迁",让出它们占用的那段频段。北京的回应是:不搬。随后几年,中国一颗接一颗往上发卫星,用实际运行来完成频率占用。到最后,欧洲只能接受双方共用这段频率,算是把伽利略的如意算盘彻底打空了。
而那颗曾经被干扰得"听不见话"的卫星,后来成了北斗二号组网的起点。
2008年5月,汶川地震发生,震中通信基础设施尽毁,手机、有线、无线全部中断。 第一批救援部队进去的时候,靠的就是北斗的短报文功能——发不了语音,每条就几十个字,但这几十个字,是唯一能从震中传出去的声音。那次救灾,北斗短报文发了七十多万次,定位服务用了一百六十多万次。
这些数字背后,是真实的人命。
有意思的是,那次干扰对中国产生的影响,恰恰和想象的反过来。压力催生了彻底的自主化。原子钟原本靠瑞士进口,被断供之后,中国用了十年把原子钟从头自研,精度后来比GPS的还高。芯片、终端、信号体制,一个个都走向自研。
到今天,北斗服务已经覆盖一百四十多个国家,进入十多个国际标准体系,整个产业规模超过五千亿。 当年那个专门针对北斗频段的干扰,非但没有拦住北斗,反而把它逼成了一个更难被掐断的系统。
封锁者的算盘,出了个他们最不想看到的结果。
热门跟贴