衛星導航與定位技術學科發展研究論文
衛星導航與定位技術學科發展研究論文
一、引言
衛星導航與定位技術是利用各種使用者終端接收由衛星導航定位系統播發的、並沿著視線方向傳送的訊號，對目標進行導航、定位和授時。將衛星導航與定位技術與傳統的導航定位技術相比較可知，衛星導航與定位技術具有高時空解析度、全天候、連續地提供導航、定位和定時的特點。經過幾十年的發展，衛星導航與定位技術取得了巨大的進步，已經成為當今世界高技術群中對現代社會最具影響力的技術之一，並且已然滲透到國民經濟的各個領域，應用於海上艦船、陸地車輛、航空與航天飛行器的導航，以及大地測量、石油勘探、精細農業、精密時間傳遞、地球與大氣科學研究以及行動通訊等多領域。未來衛星導航與定位技術將進入以保障地球系統環境安全、發展戰略性新興空間資訊產業、探索地球系統的新階段。
衛星導航與定位技術是事關國民經濟社會發展、國家科技進步、國家安全等方面的綜合技術領域，是國家科技實力與競爭力的重要標誌之一。世界主要軍事大國以及經濟體都競相發展獨立自主的全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)，包括：美國的GPS(Global Positioning System)、俄羅斯的GLONASS (Global Navigation Satellite System)，歐盟的GALILEO(Galileo Navigation Satellite System)以及中國的北斗衛星導航系統BDS(BeiDou NavigationSatellite System)。
當前，衛星導航與定位技術正在從單一的GPS時代轉變為多星座並存相容的GNSS新時代，衛星導航體系全球化和增強多模化;從以衛星導航為應用主體轉變為PNT(定位、導航、授時)行動通訊和Internet等資訊載體融合的新階段。BDS的逐步建成為我國衛星導航與定位技術的進一步發展提供了良好契機。我國應該抓住這一機遇，大力推進衛星導航與定位學科的進一步發展，為培養大量高精尖專業技術人才，爭奪衛星導航與定位的國際市場奠定良好基礎。本文旨在調研國內外衛星導航與定位技術學科的發展現狀，對國內外最具代表性的高校和研究機構進行了對比分析，為我國衛星導航與定位技術學科的發展提出若干建議。
二、衛星導航與定位技術學科發展
目前，國內研究衛星導航與定位技術的高校和機構主要包括：武漢大學、同濟大學、中南大學、河海大學、山東科技大學、長安大學、上海天文臺、中國測繪科學研究院和中國科學院測量與地球物理研究所等。本文以武漢大學作為國內衛星導航與定位學科的研究代表。武漢大學衛星導航定位技術研究中心始建於1998年，以建設世界一流學科為目標，經過十餘年的努力，在衛星導航及相關領域開展了廣泛深入的研究，為我國自主衛星導航系統的新技術、新方法和新應用的發展做出了巨大貢獻。
目前已建成亞洲唯一的國際IGS分析中心、國際IGS資料中心，全球連續監測評估系統(IGMAS)資料中心以及武漢大學北斗試驗跟蹤網。發表高水平SCI論文數量也與日俱增，包括《Journal of GeophysicalResearch》、《Journal of Geodesy》和《GPS Solution》等。每年培養衛星導航與定位的碩士研究生、博士研究生達到兩百餘人。為了實現世界一流學科建設的目標，需要以世界領先學科為標杆，透過與世界領先學科的對比與分析，找出本學科發展的優勢和不足，明確發展定位。為此，我們深入調研了澳大利亞新南威爾士大學和美國麻省理工學院的測繪學科的發展動態，從人才培養、隊伍建設、科學研究、國際交流、社會服務幾個方面進行了全方位的對比分析。
(一)澳大利亞新南威爾士大學
澳大利亞新南威爾士大學(UNSW)測量與空間資訊工程系成立於1960年，隸屬於土木與環境工程學院，該學院在2012-2014年QS世界大學學科排名中位列前20。測量與空間資訊工程系是世界一流的大地測量與衛星導航研究團隊，是澳大利亞排名第一的地球觀測研究機構。測量與空間資訊工程系以GNSS衛星導航定位為主要研究方向，在衛星導航接收機設計和訊號處理演算法、組合導航、室內導航、遙感技術及應用等領域具有雄厚的實力。主要的研究方向包括：多GNSS系統導航定位、衛星接收機設計和訊號處理演算法、多感測器融合演算法及應用、室內定位、大地測量參考框架、遙感技術與應用以及鐳射雷達測量等。該系現有1名教授，3名副教授和4名高階講師，其中Rizos教授在2011年當選為國際大地測量學會(IAG)主席。為大地測量研究以及應用領域培養了大量優秀的人才，現有在讀博士研究生33名。該系自1960年成立之日起，便與美國、德國、英國等著名大學、研究機構和產業部門建立了長期的、廣泛的國際合作關係。2010年以來，共發表論文450餘篇，其中SCI論文近200篇。培養了許多優秀的博士和碩士畢業生，獲得了許多學生獎，同時畢業生受到用人單位的一致好評。導航定位領域的畢業生中，許多已經成為澳大利亞最多產、最有創新能力和最有影響力的研究人員。
(二)美國麻省理工學院(MIT)
美國麻省理工學院(MIT)大地測量與地球動力學系隸屬於地球、大氣和行星科學學院，該學院在地質、地球物理等領域有百餘年的.悠久歷史。該系主要研究方向包括：衛星精密定位定軌理論、方法和軟體、地殼形變監測、鐳射測高、地球內部構造等。現有研究和教學人員10人，為大地測量領域培養了大批優秀人才，很多已經成為了本學術領域的領軍人物。大地測量與地球動力學系是世界著名GNSS高精度資料處理軟體GAMIT的主要研發機構，過去二十餘年GAMIT軟體在衛星精密定軌定位、地殼形變監測、地球環境變化等領域得到了廣泛的應用，並取得了大量的成果。上世紀90年代，以該係為依託建立了IGS分析中心(MIT)，為IGS提供精密的GNSS產品，其產品質量長期位列各分析中心前茅，為推動GNSS技術在精密導航定位領域的應用做出了突出貢獻。美國麻省理工學院的在GNSS資料分析方面研究處於世界領先水平。
與上述兩個研究機構相對比可知，武漢大學在衛星導航定位研究方向方面，相對全面;在研究的深度方面，與澳大利亞新南威爾士大學水平相當，與美國麻省理工學院相比還有一些距離;從辦學規模來看，武漢大學優勢明顯。因此，應該在需要鞏固現有成績的基礎上，進一步提升國際影響力，建成具有世界一流水平的衛星導航定位技術的研發與創新平臺。需要提高的方面包括如下四點：增加高階論文發表數量與質量，尤其是SCI檢索論文;加強國際間的交流和合作，爭取舉辦有影響力的大型國際會議;擴寬人才培養和就業渠道，為國際大地測量界輸出更多高層次的優秀人才;增加國際學術機構和國際學術期刊的任職，掌握國際話語權。
三、結語
近二十年來，我國在衛星導航與定位學科取得了巨大的發展，一大批高校及研究設立了與該學科相關的一級博士點，培養了大批優秀的專業人才。但與國外著名高校和研究機構相比，在學科發展的深度和廣度方面還存在著一定的差距。我國應緊抓北斗衛星導航系統建設的良好機遇，建設世界一流的衛星導航與定位學科。