性能高出1000倍,中國北斗被某國電磁干擾,他成功破解助北斗建成

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2007年,一顆剛剛飛上太空的北斗衛星,入軌沒多久就出了大問題——地面發出的指令,衛星能接收到的不足一半,信號時斷時續,就跟快沒電的收音機似的。

更詭異的是,GPS和格洛納斯都好好的,偏偏北斗不行。排查下來,結論讓人背脊發涼:有人在專門針對北斗的頻段打幹擾。

一個36歲的教授站出來說,給他70天,他能搞定。

這一刀,捅在了最要命的地方

要理解2007年這次干擾有多狠,得先說一件事——北斗這顆衛星,發射得有多險。

國際電信聯盟有個規矩,各國可以平等申請衛星導航頻率,但必須在七年內真正發射衛星、真正接收到信號,否則資格自動作廢。中國和歐洲的伽利略系統在同一年申請了同一段頻率,那是2000年,七年的倒計時就此開始。

2007年4月14日凌晨,北斗二號首顆衛星從西昌發射升空,距離頻率失效期限只剩不到四天。 衛星上天之後,還要真正接收到信號纔算數。最後信號接收成功的時刻,掐表一算,距離失效不到四個小時。

這是真正的分秒必爭。

可問題是,這顆命懸一線飛上去的衛星,剛入軌就被人下了絆子。干擾信號來自西北太平洋方向,每次衛星飛經亞洲特定區域,地面指令就大量失聯。對方對北斗工作頻段瞭如指掌,干擾信號裏摻着僞碼和噪聲,不是隨便亂放的,是衝着北斗量身定製的。

這種精準,說是"偶然的信號干擾",沒人信。

更讓人意識到問題嚴峻性的,是前面幾年發生的事。1993年,中國貨船"銀河號"在印度洋正常跑商貿,被美國以"載有化學武器原料"爲由強行攔截,直接斷了船所在海域的GPS。那條船在海上漂了一個多月,淡水和食物越來越少,最後被迫接受強登檢查,啥都沒發現,但人家也沒道歉。

2003年伊拉克戰爭,美軍開打前直接關閉了伊拉克境內的GPS,導彈失去制導,戰機找不到目標,軍隊瞬間亂成一鍋粥。

看着這兩件事,中國已經明白了:沒有自己的導航系統,一旦有人切信號,不光是商船漂在海上,整個國防體系都會垮掉。

所以中國當時也嘗試走捷徑,2003年出資加入歐洲伽利略計劃,出了不少真金白銀。但合作期間歐洲從頭到尾把中國擋在覈心研發門外,中國團隊做的都是數據整理這類外圍活兒。兩年多之後,中國認清了,果斷退出。外援這條路,徹底堵死了。

就在這個節點上,入軌的衛星又遭到了精準干擾。

沒有退路,沒有外援,只能自己解決。

12年前就埋下的那粒種子

王飛雪接下這個任務,很多人在背後搖頭——國際上這類技術攻關通常得好幾年,他承諾70天,不是在開玩笑嗎?

但有一件事,質疑的人大多不知道。

早在1995年,王飛雪還是個二十出頭的博士生,就幹過一件類似性質的事。當時北斗一號有個讓整個行業頭疼了十幾年的技術瓶頸,叫"快捕精跟"——就是怎麼讓設備快速鎖住微弱的衛星信號、精準跟蹤不丟失。十幾個單位、幾十位專家,前後耗了十年,沒人搞定。

王飛雪和兩個同學主動請纓,借了一間不到十平米的倉庫當實驗室,設備都是從別的課題組"蹭"來的,就這樣幹了三年。

1998年,信號成功捕獲的那一刻,在場的二十多位專家簡直不敢相信眼睛。 三個名不見經傳的年輕人,用三年解決了別人十年沒解決的事。

這段經歷重要在哪裏?不在於證明他"天賦異稟",而在於他那套東西——用全數字信號處理來識別微弱信號的核心邏輯——跟2007年要做的抗干擾技術,底層是同一套思路。

前者是在安靜環境裏找信號,後者是在滿是噪聲干擾的環境裏找信號。技術的DNA一脈相承。

所以2007年他敢立軍令狀,不是賭氣,是算過的。

至於干擾爲什麼難破,這裏有個物理現實:北斗信號到達地面時,功率極其微弱,比手機信號還要弱上一千倍。對方只需要在同一頻段注入更強的雜波,信號就被淹沒,而且由於頻率重疊,傳統濾波器根本沒辦法把它們分開。

面對這個難題,王飛雪的團隊做了一個關鍵的思路轉變:不去追着找干擾源在哪裏,而是把北斗接收機訓練得更"聰明"——讓它只認北斗的信號特徵,對其他一切東西自動過濾。

這個方向定下來之後,剩下的就是死磕。三十多套方案被推翻,上萬次模擬測試,實驗室的燈幾乎沒有熄過。碰上地震,大家第一反應是抱住服務器,因爲數據要是丟了,前面全白費。

團隊裏還有個叫唐小妹的博士生,一邊趕論文一邊參與攻關,專門負責信號體制的重新設計,這部分是整個系統最基礎的一環,體制定錯了,後面全跑偏。

最後的結果是:衛星接收地面指令的成功率從不足五成回到了百分之百,抗干擾能力提升超過了一千倍,而且比約定時間提前了整整三週交付。

孫家棟院士後來說,關鍵時刻敢於亮劍,打了一場漂亮的攻堅戰。

這一仗,打出了什麼

1000倍是個什麼概念?

打個比方:原來有人在你耳邊喊喇叭,你什麼都聽不見;現在換了一副耳朵,喇叭在旁邊開着你照樣能清晰通話。這不是小修小補,是從"能被打斷"變成了"打不斷"。

技術層面的後果很快出來了。歐洲那邊,2009年派代表團飛到北京,要求中國把北斗的頻率"搬遷",讓出它們佔用的那段頻段。北京的回應是:不搬。隨後幾年,中國一顆接一顆往上發衛星,用實際運行來完成頻率佔用。到最後,歐洲只能接受雙方共用這段頻率,算是把伽利略的如意算盤徹底打空了。

而那顆曾經被幹擾得"聽不見話"的衛星,後來成了北斗二號組網的起點。

2008年5月,汶川地震發生,震中通信基礎設施盡毀,手機、有線、無線全部中斷。 第一批救援部隊進去的時候,靠的就是北斗的短報文功能——發不了語音,每條就幾十個字,但這幾十個字,是唯一能從震中傳出去的聲音。那次救災,北斗短報文發了七十多萬次,定位服務用了一百六十多萬次。

這些數字背後,是真實的人命。

有意思的是,那次干擾對中國產生的影響,恰恰和想象的反過來。壓力催生了徹底的自主化。原子鐘原本靠瑞士進口,被斷供之後,中國用了十年把原子鐘從頭自研,精度後來比GPS的還高。芯片、終端、信號體制,一個個都走向自研。

到今天,北斗服務已經覆蓋一百四十多個國家,進入十多個國際標準體系,整個產業規模超過五千億。 當年那個專門針對北斗頻段的干擾,非但沒有攔住北斗,反而把它逼成了一個更難被掐斷的系統。

封鎖者的算盤,出了個他們最不想看到的結果。

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