北斗系統研製建設有了“工業母機”
——北斗三號系統級試驗床亮相背後的故事
工業母機，製造機器的機器。對高端製造業來説，工業母機的重要性不言而喻。連日來，這個概念在資本市場上掀起一波熱潮。
如今，我國北斗系統研製建設也有了“工業母機”。
9月16日，由國防科技大學北斗團隊主持研製、具有完全自主智慧財産權的北斗三號系統級試驗床，在當天開幕的首屆北斗規模應用國際峰會上正式亮相。該試驗床由北斗數字孿生軟體系統與信號傳播環境模擬硬體系統組成，是北斗試驗驗證核心繫統。
值得關注的是，由於在北斗三號試驗驗證中發揮的重要作用，該系統級試驗床被稱為確保我國北斗三號研製建設順利高效的衛星導航領域的“工業母機”。
第三代導航系統必須要有系統級試驗床
北斗三號系統級試驗床具備系統方案驗證與優化、衛星/地面站入網測試、衛星在軌試驗與參數優化等能力，能降低系統技術風險，提高系統規模應用性能。
2020年7月31日，北斗三號衛星導航系統正式開通。這套系統級實驗床的投入使用，為北斗三號提前半年完成全球組網建設、建成即服務、服務即見效發揮了關鍵作用。
“系統級試驗床就好比是一個大型模擬系統。在試驗床上，我們可以將北斗三號衛星導航系統完整地‘映射’出來。”該項目技術負責人劉文祥研究員介紹。
資料顯示，我國的北斗三號和美國正在進行現代化升級的GPS Ⅲ系統同屬第三代衛星導航系統，系統複雜度和技術耦聯性相比第二代發生了質的改變。如果沒有系統級的試驗平臺作為保障和支撐，第三代系統的研製過程會出現很多技術風險。
因此，美國GPS系統與歐洲伽利略系統很早就開始了這方面的技術探索和研製。但由於系統級試驗床牽涉到多個學科，技術挑戰性很大，研製難度相當高。
“這就好比，以前我們做研究可能一台微機就足夠了，但隨著系統複雜度的提升，我們就需要超級電腦來進行輔助。”劉文祥説，“因此，北斗三號衛星導航系統開始論證之初，建設北斗試驗驗證系統、攻克系統級試驗床核心技術，就被提上了日程。”
“搞這類高難度科研，就是打大仗、打硬仗”
系統級試驗床的研製曾有兩種技術思路：一種是完全利用硬體設備搭建出北斗三號系統中的衛星和地面站，在地面完整地模擬北斗三號系統運作。這種思路的缺點是不夠靈活，而且成本巨大，幾乎接近重新研製一套北斗系統。另一種技術思路就是軟硬協同，利用系統倣真實現大多數功能，這種思路優點是靈活、成本較低，但技術難度也更大。
北斗團隊選擇了難度更大的後者。他們説：“軍人天生為打仗。搞這類高難度科研，就是打大仗、打硬仗。”
在國家科技重大專項支援下，他們突破了全系統高逼真高加速比倣真、傳播環境信道高精度模擬等核心關鍵技術，攻克了數字孿生軟體系統與硬體信道模擬系統精準協同運作的難題，研製成功了國際衛星導航領域首個系統級試驗床，為北斗系統優化設計與成功建設提供了核心能力平臺支撐，顯著降低了北斗三號工程技術風險與建設成本，大大縮短工程建設週期。
記者了解到，該系統級試驗床目前已成功應用並廣泛支撐了北斗三號系統設計、研製建設、在軌聯試的各階段試驗任務。未來，這項成果還將在國家綜合PNT(導航、定位、授時)體系、低軌衛星網際網路系統等方面進一步擴展，全面促進行業領域規模應用。