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        中科院美女教授徐穎:非快速運動時 北斗民用達毫米級精度

        2017-11-10 09:15:08 來源: 網易
        聊聊

        【她是誰】

        徐穎:博士,從事北斗相關研究工作十余年,是中科院光電研究院的研究員和博士生導師。

        【精彩言論】

        1、科研除了能夠求真和求成功之外,如果能夠證明哪個東西是錯的也是一種價值。就是說做了一個正確的事情,和排除了一些錯誤的事情,我們應該要盡量把它放在同樣的位置上來講。

        2、只要在一個事情上花的時間多了,在另一件事情上一定花的時間就是少的,所以是沒有辦法均衡的。那只能保證什么呢?那就保證干的每一件事情都是有意義的,花出去的時間不是白費的,這樣就行了。科學普及這個事情也很重要,所以一定會花一些時間。

        3、現在的小孩可能長大了想要當明星,或者當偶像,這也未必是出于一種愛好,純粹就是想站在一個被人崇拜的位置。從這種角度來講,這也是科學價值取向的一種流失。

        4、室內定位會是導航的下一個趨勢,不過室內現在還沒有一個百分之百的,能夠適應各種環境的一個特別有效的一個解決方法,這也是我們現在研究的一個重點。

        5、我們現在正在研究“無縫導航”,希望能夠做到室內外的無縫銜接。目前主要難點在于降低成本、自適應環境等問題。我們已經在手機上做了一套這樣的系統,但還處于技術驗證的階段,離大規模應用還有一段距離。

        6、各個國家在衛星導航系統并沒有PK,反而更多的是兼容和互操作上的工作,尤其在民用方面。在民用上,北斗衛星精度可以達到毫米級。

        【正文】

        去年,一段由中科院拍攝的北斗導航衛星定位系統科普視頻在網上走紅,徐穎正是視頻中那位80后美女主講。從那以后她就變得很忙:除了要做科研,帶學生之外,還要擠出時間做科普講座。對于徐穎來說,早已經沒有了休息日的概念,更別提購物逛街了。中國北斗衛星導航系統(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中國自行研制的全球衛星導航系統。是繼美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統(GLONASS)之后第三個成熟的衛星導航系統。北斗衛星導航系統(BDS)和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO,是聯合國衛星導航委員會已認定的供應商。

        即使如此,她仍然不想放棄科普這份額外的“工作”,讓孩子們對科學感興趣成了她的一個重要使命。對于科學家的待遇不如明星,孩子們長大想當明星,當偶像而不是夢想成為一個科學家這種現象,她認為是科學價值取向的流失。“現在做科普就是要避免三十年后都招不到學生這種情況。比如說現在的孩子長大了,就不想來干這個事情,就招不著學生,這是我們不愿意看到的現象。”徐穎表示。

        據了解,徐穎還是央視科學挑戰類節目《機智過人》的座上賓。她認為這樣一種生動有趣的視頻形式可以讓科學變得有趣,不再乏味無聊,從而激發大眾對科學的興趣。

        其實,走上科研這條道路,對于徐穎來說也并不是一個“主動追求”的過程,而是一個很自然的選擇。大學畢業后,徐穎想要繼續深造,考取了北京理工大學信號與信息處理專業的碩博連讀。在導師的指引下,開始接觸“北斗二代”一期工程;博士畢業后,很自然的進入中科院工作,從事北斗導航衛星定位系統研究;并在6年后,被聘為博士生導師,成為中科院的博士生導師。

        對于外界質疑的北斗系統在精確度和可靠性上不如GPS系統,徐穎一定會不懈的給解釋清楚。

        “定位準不準還要具體看條件。直接上來就說它這個準不準,只能是基于一個統計的結果。因為衛星導航是這樣的,衛星距離我們很遠,所以它到地面的時候本身信號就是很弱的,它是淹沒在噪聲里面的。我們要通過相干累加的這種方式,把它的信噪比補償回來,然后才能夠對它進行相關,才能夠對它進行信號檢測和估計的。所以它其實很容易受干擾和遮擋,這都是很正常的。比如你在室內,你就會收不到衛星信號。”徐穎解釋道,“這是衛星導航系統的天然脆弱性。但是這對于所有的衛星導航系統來講它是一樣的。GPS、北斗、格洛納斯和伽利略都是一樣的。因為大的原理上就是這樣的,你就不能說在室內都收不到北斗信號,北斗好差,這樣說是不好的。”

        她還舉了一個比較形象的例子:這樣子就等于好像說,有個廚師給你上了一盤回鍋肉,你說吃不出魚香肉絲的味,然后說這個菜做的好差。是不能從這個角度來評價的。

        談到室內定位,徐穎表示這將是導航發展的下一個趨勢。而這也正是徐穎帶領團隊正在研究的項目:無縫導航,就是希望能夠做室內外的無縫。

        目前這一研究有兩大難題需要解決:一是如何做到低成本。“要每個人都去買一個很貴的終端,室內才能定位,可能也不合適。”徐穎表示。另外一個是如何適應各種復雜環境,實現自適應的問題。

        據徐穎透露,團隊已經在手機上做了一套系統,但目前尚處于技術驗證階段離大規模應用還有一段距離。

        以下為網易科技對徐穎的采訪部分內容:

        網易科技:我們知道您參加過央視科學挑戰類節目《機智過人》,對您來說最大吸引力是什么?在對科學傳播方面有什么樣的創新?

        徐穎:我覺得最大的吸引力主要是在乎據說是匯聚了我國人工智能各種頂尖技術。因為人工智能這兩年特別火,雖然我本身不做人工智能,但是我對人工智能還是挺有興趣的。

        另外,我感覺科學傳播近幾年,國家其實還挺重視的。但大家都覺得科學傳播最大的痛點在哪?就是要找到一個特別好的形式,因為畢竟科學相對輿論來講,是相對比較無聊的。要提升大眾對科學的興趣,它一定要找到一個非常好的形式,激發起大眾對科學的一些認識。

        網易科技:我們也查看了很多關于您的報道,在(中科院)“北斗導航衛星定位系統科普視頻”之后,您被邀請各處去普及科學知識講座。大家都還蠻關心,您是怎么平衡自己科研項目與講座之間的關系?時間處理上是怎樣的?

        徐穎:時間總是有限的,你做一個事情花的時間多了,在另一個事情上花的時間總是會少的。就像每年我們新員工會有一個培訓,我有時候會給他們講一講成長之路什么的,在這個里頭他們總問,因為我們這兒女孩其實不少,大概有一半一半的比例,女孩問得最多的一個話題就是,要怎么去平衡工作和生活,就跟這個其實是類似的,也就是說怎么去均衡你的時間。

        我當時還是覺得,這個東西其實是沒有辦法均衡的,就是說只要在一個事情上花的時間多了,在另一件事情上一定花的時間就是少的,所以是沒有辦法均衡的。那只能保證什么呢?那就保證說你覺得你干的每一件事情都是有意義的,你花出去的時間不是白費的,就這樣就行了。所以其實是沒有辦法均衡的。

        回到咱們剛開始這個話題上來,它確實會花掉你的一些時間,但是科學普及這個事情也很重要,一定會花一些時間。

        網易科技:但很多科學家都會說搞科研需要靜下心來,要花大量時間做科學研究。

        徐穎:其實我覺得這種觀點應該在改變當中。因為現在雖然說有很多科學家可能不做科普,不做科學家的科普,就能保證你把百分之百的時間都花在了科研上了嗎?也不見得。

        他依然有很多其他的社會活動,也會有很多其他的社會活動,也會有很多看起來和科研關系不大的東西。比如說要做很多財務的工作,年底了經費要審查,要去申報項目,在這個過程中也有很多協調的東西。可能和所謂的傳統意義上的沉下心來做科研這個東西,不見得都是完全一致的。

        所以我覺得這個東西是非常正常的,你看現在就是比如你說像施一公、潘建偉,他們其實也有非常非常多的社會活動,但是這其實也并不影響他們在科學上的成就。

        網易科技:北斗衛星的定位效果分析是導航系統性能評估的重要內容。但影響其精準定位的因素很多,如何能實現更精準的定位?

        徐穎:因為定位準不準要看條件。直接上來就說它這個準不準,只能是基于一個統計的結果。因為衛星導航是這樣的,衛星距離我們很遠,所以它到地面的時候本身信號就是很弱的,它是淹沒在噪聲里面的。

        我們要通過相干累加的這種方式,把它的信噪比補償回來,然后才能夠對它進行相關,才能夠對它進行信號檢測和估計的。所以它其實很容易受干擾和遮擋,這都是很正常的。比如你在室內,你就會收不到衛星信號。

        這是衛星導航系統的天然脆弱性。但是這對于所有的衛星導航系統來講它是一樣的。GPS、北斗、格洛納斯和伽利略都是一樣的。因為大的原理上就是這樣的,你就不能說在室內都收不到北斗信號,北斗好差,這樣說是不好的。

        這樣子就等于好像說,有個廚師給你上了一盤回鍋肉,你說都吃不出魚香肉絲的味,我覺得這個菜做的好差。不能從這個角度來評價。

        網易科技:是否有一種新的演進技術可以彌補這一劣勢?

        徐穎:室內定位大家現在也在做,也會是導航的下一個趨勢。室內定位現在有一點像衛星導航出來之前的室外定位那樣的場面。因為在衛星導航出來之前,室外定位其實也有很多各種各樣的不同的定位技術。但是衛星導航出來之后,它基本上解決了室外大概90%以上的定位問題,所以它有它自己的優勢,就用得很廣。

        室內現在有很多各種不同的技術,比如說藍牙、Wi-Fi,UWB,移動通訊網絡、慣性導航,還有視覺,還有PDR等等很多很多的技術,還包括Zigbee,就是這一類的。但是它可能每一種技術都有它自己的局限性,和它的,比如說要優先布設節點,或者在人特別多的時候它的定位精度就差了。或者慣導就是說你隔斷時間要校它一次,要不然它就會漂啊,類似這種。

        所以室內現在還沒有一個百分之百的,能夠適應各種環境的一個特別有效的一個解決方法,這也是我們現在研究的一個重點。

        網易科技:所以您現在目前研究的方向是關于室內的精準定位的?

        徐穎:對,我們叫做無縫導航,就是希望能夠做室內外的無縫。

        網易科技:這個項目研究的難點或者問題在哪兒,或者目前進行到了一個什么樣的程度?

        徐穎:現在主要的難點和問題是在于說,一個是說怎么能夠做到一個低成本。比如說要每個人都去買一個很貴的終端,室內才能定位,可能也不合適。就手機上的傳感器,怎么能夠把它集成起來,這個是一個難點。因為手機上的傳感器它有一些可能精度相對來講是比較低的,和做科學實驗的精度沒法兒比,因為它畢竟成本在這。

        還有的問題就是說,怎么能夠讓它適應各種環境。它有可能在這個地方,比如說給我一個條件,就在這個樓里頭,把它做到很好,經過一段長時間的調試或者什么,是有可能的。但是再把它拿到另外一個樓里頭,它不見得就很好用,就是這種。怎么能夠針對這個環境能夠具有一個自適應性,這個是比較難的地方。

        目前我們是在手機上做了一套這樣的系統,就是用手機里的傳感器來做這樣的工作,在室內。

        現在是處于一個技術驗證的階段,可能離大規模應用還有一段距離。

        網易科技:各個國家在比拼精準定位的關鍵要素是什么?

        徐穎:你說PK有沒有,也有,但是更多的是兼容和互操作。因為其實每一個國家建衛星導航定位系統首先都是要保證我們國家自己在軍用上的安全性和可靠性,這是最重要的。在這種時候你當然必須得有,這是重要的點。在民用上其實更多的,現在很多做的是兼容和互操作。比如每年都會有這種兼容和互操作的大會,要去彼此之間討論,我們的信號之間應該是兼容的。

        這樣的話能夠帶來什么好處?就是說以后我的手機,可能既能接收GPS,也能接收北斗,還能接收格洛納斯,還能接收伽利略。這樣的話能夠讓導航定位的精度或者可靠性更高。比如現在會有站到一個樓下的時候,因為這個樓可能很高,擋了我半邊的衛星,可能來自于樓這半邊的衛星都收不著,定位精度可能就會很差,但是如果說天上的衛星,就是你說GPS24顆星,北斗35顆星,衛星數更多了,那我現在能收到更多的星,在這種情況下,衛星數足夠的多,也能夠導航定位。

        網易科技:那影響精準性的因素到底有哪些?

        徐穎:這個就是取自于有幾個因素,一個是你的星座的構型和布局。因為衛星導航最后定位的精度是UERE再乘上DOP值,一個UERE就是一個測距精度,乘上的DOP值就是衛星的分布。所以和衛星分布式密切相關的。

        UERE就是測量,測量這個東西和什么相關?和好幾個東西相關。一個就是說衛星發射信號,本身來講它這個信號的精準度是什么樣的。因為信號上面是攜帶時間信息的,時間準不準,就是星載原子鐘(音)這種東西準不準,然后信號格式是什么樣的,不同的信號格式所得到的測量的克拉美羅下界(音)可能都是不一樣的,比如說它有各種調制方式,BPSK調制,BOC調制,可能都是不一樣的。

        再往下就是信號不是有一個頻率,頻率經過時間的傳播之后,它在大氣當中的傳播特性都是不一樣的,所以和頻率什么的也都是密切相關的。所以總的來講,和這一切因素都是相關的。

        還有包括一個很重要的一點就是說,除了這一顆衛星之外,不是有好多顆衛星嗎,這些衛星之間的協調度是什么樣的,它也是密切相關的。

        網易科技:北斗衛星在民用方面,高精度可以達到怎樣的程度?

        徐穎:民用的高精度它現在是已經能達到毫米級這樣的精度。當然它有限制,不能夠是運動速度非常快的物體。因為有一個民用的應用場景叫做橋梁形變檢測,就是類似這種的。它就放一個接收器在那,然后用差分的方式修正它的誤差,然后做非常長時間的這種觀測。它長時間的這種觀測情況下,精度是能夠到毫米級的。

        網易科技:“衛星導航定位系統的應用只受想象力的限制”,目前我國在探索的北斗衛星的應用范圍有哪些?還有哪些新的領域有待探索?

        徐穎:衛星導航定位系統給我們提供一個最基本的一個時間和空間的信息,我們叫做時空基準。而時空基準是所有的一切信息網絡能夠互聯的一個基礎。所以就是說,它的應用非常非常廣泛,比如說像我們說過的電力系統。電力系統大家覺得可能跟衛星導航一點關系都沒有,但是其實衛星導航給電力系統做授時,就是給它一個時間同步,這樣的話能夠讓電力系統比如說在用電高峰的時候,能夠有一個比較合理的電力分配,就是類似這樣的,大家都會覺得電力跟衛星導航沒有什么關系。

        還有比如像金融系統,在授時的時候,如果金融結算的時候,時間差出去以毫秒的話,其實結算的金額好像就會差出去好幾千萬美元這重量級,所以它也是可以用北斗系統來給它做一個精準的時間同步。就是類似像這種,大家可能也是覺得沒什么關系。

        網易科技:我們采訪一系列科學家除了希望能夠實現科普之外,也希望讓科學流行起來,讓科學成為一件時尚的事情。您怎么看待目前科學家與明星的這樣天壤之別的差別待遇?

        徐穎:首先這個社會現象我們當然是很不希望看到的,我們小時候都覺得當科學家是一個很光榮的事情,所以才會寫,我的理想要當科學家。現在的孩子們其實好像沒有這樣的想法,可能他們的理想就是,我長大了要當明星,或者我要當偶像。這都還不是出于愛好,因為他并不是說我要當演員,或者我要當歌唱家或者我要當什么,他純粹就是想站在一個被人崇拜的位置,所以我要當這個。所以從某種角度上來講,這是科學,或者這是科學價值取向的一種流失,確實是。

        但是你說,把科學家打造成明星這種待遇,其實也很難。為什么呢?孩子們可能會喜歡明星不會喜歡科學家,明星長得好看是一方面,明星做的事情很娛樂,容易吸引人。但是,科學家需要人來了解他們背后的故事,科學家做的事情不是很娛樂,傳播的途徑有限,所以很難吸引孩子們。

        網易科技:所以我們才要科普。

        徐穎:當然做科普是非常非常重要的,我們也是說,現在做科普就是避免三十年后我都招不著學生這種情況。三十年后,比如說現在的孩子長大了,他就不想來干這個事情,就招不著學生,這種讓人很不想看到的現象發生。

        網易科技:科學研究是一個枯燥無聊的過程,也有可能花費了很長時間并沒有得到自己想要證實的結果,當遇到這樣的問題時您怎么排解?

        徐穎:其實我們在說這種價值取向的時候,就是科學價值取向,除了能夠求真和求成功之外,如果說能夠證明哪個東西是錯的,其實這也應該,也是一種價值。至少以后就不會再有人去研究這個東西,走這個彎路了。就是說做了一個正確的事情,和排除了一些錯誤的事情,我們應該要盡量把它放在同樣的位置上來講。

        有些項目可能研究的團隊很多,并不是某個團隊研究出來以后,你做的所有努力和東西就沒有價值。了。因為在這當中還有很多細分的點,比如說像今年得諾貝爾獎引力波還有什么的,是吧,它也不是一個人在做,它有很多人在做。也不是說他做出來之后,再做引力波的人都沒有價值了,他在這個基礎上,肯定還會有一些自己獨特的點。只是說可能不被大眾熟知,但是在他的行業當中一定還是,只要你做出來的東西,一定還是有認可度的。

           聲明:中測網登載此文出于傳遞更多信息之目的,并不意味著贊同其觀點或證實其描述,文章內容僅供參考。

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