中科院徐颖:非快速运动时 北斗民用达毫米级精度
2017-11-11 10:46:30   来源：科学家说   评论：0 点击：

出品|科学家说栏目组

作者|网易科技 崔玉贤

【她是谁】

徐颖：博士，从事北斗相关研究工作十余年，是中科院光电研究院的研究员和博士生导师。

【精彩言论】

1、科研除了能够求真和求成功之外，如果能够证明哪个东西是错的也是一种价值。就是说做了一个正确的事情，和排除了一些错误的事情，我们应该要尽量把它放在同样的位置上来讲。

2、只要在一个事情上花的时间多了，在另一件事情上一定花的时间就是少的，所以是没有办法均衡的。那只能保证什么呢？那就保证干的每一件事情都是有意义的，花出去的时间不是白费的，这样就行了。科学普及这个事情也很重要，所以一定会花一些时间。

3、现在的小孩可能长大了想要当明星，或者当偶像，这也未必是出于一种爱好，纯粹就是想站在一个被人崇拜的位置。从这种角度来讲，这也是科学价值取向的一种流失。

4、室内定位会是导航的下一个趋势，不过室内现在还没有一个百分之百的，能够适应各种环境的一个特别有效的一个解决方法，这也是我们现在研究的一个重点。

5、我们现在正在研究“无缝导航”，希望能够做到室内外的无缝衔接。目前主要难点在于降低成本、自适应环境等问题。我们已经在手机上做了一套这样的系统，但还处于技术验证的阶段，离大规模应用还有一段距离。

6、各个国家在卫星导航系统并没有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，北斗卫星精度可以达到毫米级。

【正文】

去年，一段由中科院拍摄的北斗导航卫星定位系统科普视频在网上走红，徐颖正是视频中那位80后美女主讲。从那以后她就变得很忙：除了要做科研，带学生之外，还要挤出时间做科普讲座。对于徐颖来说，早已经没有了休息日的概念，更别提购物逛街了。

即使如此，她仍然不想放弃科普这份额外的“工作”，让孩子们对科学感兴趣成了她的一个重要使命。对于科学家的待遇不如明星，孩子们长大想当明星，当偶像而不是梦想成为一个科学家这种现象，她认为是科学价值取向的流失。“现在做科普就是要避免三十年后都招不到学生这种情况。比如说现在的孩子长大了，就不想来干这个事情，就招不着学生，这是我们不愿意看到的现象。”徐颖表示。

据了解，徐颖还是央视科学挑战类节目《机智过人》的座上宾。她认为这样一种生动有趣的视频形式可以让科学变得有趣，不再乏味无聊，从而激发大众对科学的兴趣。

其实，走上科研这条道路，对于徐颖来说也并不是一个“主动追求”的过程，而是一个很自然的选择。大学毕业后，徐颖想要继续深造，考取了北京理工大学信号与信息处理专业的硕博连读。在导师的指引下，开始接触“北斗二代”一期工程；博士毕业后，很自然的进入中科院工作，从事北斗导航卫星定位系统研究；并在6年后，被聘为博士生导师，成为中科院的博士生导师。

对于外界质疑的北斗系统在精确度和可靠性上不如GPS系统，徐颖一定会不懈的给解释清楚。

“定位准不准还要具体看条件。直接上来就说它这个准不准，只能是基于一个统计的结果。因为卫星导航是这样的，卫星距离我们很远，所以它到地面的时候本身信号就是很弱的，它是淹没在噪声里面的。我们要通过相干累加的这种方式，把它的信噪比补偿回来，然后才能够对它进行相关，才能够对它进行信号检测和估计的。所以它其实很容易受干扰和遮挡，这都是很正常的。比如你在室内，你就会收不到卫星信号。”徐颖解释道，“这是卫星导航系统的天然脆弱性。但是这对于所有的卫星导航系统来讲它是一样的。GPS、北斗、格洛纳斯和伽利略都是一样的。因为大的原理上就是这样的，你就不能说在室内都收不到北斗信号，北斗好差，这样说是不好的。”

她还举了一个比较形象的例子：这样子就等于好像说，有个厨师给你上了一盘回锅肉，你说吃不出鱼香肉丝的味，然后说这个菜做的好差。是不能从这个角度来评价的。

谈到室内定位，徐颖表示这将是导航发展的下一个趋势。而这也正是徐颖带领团队正在研究的项目：无缝导航，就是希望能够做室内外的无缝。

目前这一研究有两大难题需要解决：一是如何做到低成本。“要每个人都去买一个很贵的终端，室内才能定位，可能也不合适。”徐颖表示。另外一个是如何适应各种复杂环境，实现自适应的问题。

据徐颖透露，团队已经在手机上做了一套系统，但目前尚处于技术验证阶段离大规模应用还有一段距离。

以下为网易科技对徐颖的采访部分内容：

网易科技：我们知道您参加过央视科学挑战类节目《机智过人》，对您来说最大吸引力是什么？在对科学传播方面有什么样的创新？

徐颖：我觉得最大的吸引力主要是在乎据说是汇聚了我国人工智能各种顶尖技术。因为人工智能这两年特别火，虽然我本身不做人工智能，但是我对人工智能还是挺有兴趣的。

另外，我感觉科学传播近几年，国家其实还挺重视的。但大家都觉得科学传播最大的痛点在哪？就是要找到一个特别好的形式，因为毕竟科学相对舆论来讲，是相对比较无聊的。要提升大众对科学的兴趣，它一定要找到一个非常好的形式，激发起大众对科学的一些认识。

网易科技：我们也查看了很多关于您的报道，在（中科院）“北斗导航卫星定位系统科普视频”之后，您被邀请各处去普及科学知识讲座。大家都还蛮关心，您是怎么平衡自己科研项目与讲座之间的关系？时间处理上是怎样的？

徐颖：时间总是有限的，你做一个事情花的时间多了，在另一个事情上花的时间总是会少的。就像每年我们新员工会有一个培训，我有时候会给他们讲一讲成长之路什么的，在这个里头他们总问，因为我们这儿女孩其实不少，大概有一半一半的比例，女孩问得最多的一个话题就是，要怎么去平衡工作和生活，就跟这个其实是类似的，也就是说怎么去均衡你的时间。

我当时还是觉得，这个东西其实是没有办法均衡的，就是说只要在一个事情上花的时间多了，在另一件事情上一定花的时间就是少的，所以是没有办法均衡的。那只能保证什么呢？那就保证说你觉得你干的每一件事情都是有意义的，你花出去的时间不是白费的，就这样就行了。所以其实是没有办法均衡的。

回到咱们刚开始这个话题上来，它确实会花掉你的一些时间，但是科学普及这个事情也很重要，一定会花一些时间。

网易科技：但很多科学家都会说搞科研需要静下心来，要花大量时间做科学研究。

徐颖：其实我觉得这种观点应该在改变当中。因为现在虽然说有很多科学家可能不做科普，不做科学家的科普，就能保证你把百分之百的时间都花在了科研上了吗？也不见得。

他依然有很多其他的社会活动，也会有很多其他的社会活动，也会有很多看起来和科研关系不大的东西。比如说要做很多财务的工作，年底了经费要审查，要去申报项目，在这个过程中也有很多协调的东西。可能和所谓的传统意义上的沉下心来做科研这个东西，不见得都是完全一致的。

所以我觉得这个东西是非常正常的，你看现在就是比如你说像施一公、潘建伟，他们其实也有非常非常多的社会活动，但是这其实也并不影响他们在科学上的成就。

网易科技：北斗卫星的定位效果分析是导航系统性能评估的重要内容。但影响其精准定位的因素很多，如何能实现更精准的定位？

徐颖：因为定位准不准要看条件。直接上来就说它这个准不准，只能是基于一个统计的结果。因为卫星导航是这样的，卫星距离我们很远，所以它到地面的时候本身信号就是很弱的，它是淹没在噪声里面的。

我们要通过相干累加的这种方式，把它的信噪比补偿回来，然后才能够对它进行相关，才能够对它进行信号检测和估计的。所以它其实很容易受干扰和遮挡，这都是很正常的。比如你在室内，你就会收不到卫星信号。

这是卫星导航系统的天然脆弱性。但是这对于所有的卫星导航系统来讲它是一样的。GPS、北斗、格洛纳斯和伽利略都是一样的。因为大的原理上就是这样的，你就不能说在室内都收不到北斗信号，北斗好差，这样说是不好的。

这样子就等于好像说，有个厨师给你上了一盘回锅肉，你说都吃不出鱼香肉丝的味，我觉得这个菜做的好差。不能从这个角度来评价。

网易科技：是否有一种新的演进技术可以弥补这一劣势？

徐颖：室内定位大家现在也在做，也会是导航的下一个趋势。室内定位现在有一点像卫星导航出来之前的室外定位那样的场面。因为在卫星导航出来之前，室外定位其实也有很多各种各样的不同的定位技术。但是卫星导航出来之后，它基本上解决了室外大概90%以上的定位问题，所以它有它自己的优势，就用得很广。

室内现在有很多各种不同的技术，比如说蓝牙、Wi-Fi，UWB，移动通讯网络、惯性导航，还有视觉，还有PDR等等很多很多的技术，还包括Zigbee，就是这一类的。但是它可能每一种技术都有它自己的局限性，和它的，比如说要优先布设节点，或者在人特别多的时候它的定位精度就差了。或者惯导就是说你隔断时间要校它一次，要不然它就会漂啊，类似这种。

所以室内现在还没有一个百分之百的，能够适应各种环境的一个特别有效的一个解决方法，这也是我们现在研究的一个重点。

网易科技：所以您现在目前研究的方向是关于室内的精准定位的？

徐颖：对，我们叫做无缝导航，就是希望能够做室内外的无缝。

网易科技：这个项目研究的难点或者问题在哪儿，或者目前进行到了一个什么样的程度？

徐颖：现在主要的难点和问题是在于说，一个是说怎么能够做到一个低成本。比如说要每个人都去买一个很贵的终端，室内才能定位，可能也不合适。就手机上的传感器，怎么能够把它集成起来，这个是一个难点。因为手机上的传感器它有一些可能精度相对来讲是比较低的，和做科学实验的精度没法儿比，因为它毕竟成本在这。

还有的问题就是说，怎么能够让它适应各种环境。它有可能在这个地方，比如说给我一个条件，就在这个楼里头，把它做到很好，经过一段长时间的调试或者什么，是有可能的。但是再把它拿到另外一个楼里头，它不见得就很好用，就是这种。怎么能够针对这个环境能够具有一个自适应性，这个是比较难的地方。

目前我们是在手机上做了一套这样的系统，就是用手机里的传感器来做这样的工作，在室内。

现在是处于一个技术验证的阶段，可能离大规模应用还有一段距离。

网易科技：各个国家在比拼精准定位的关键要素是什么？

徐颖：你说PK有没有，也有，但是更多的是兼容和互操作。因为其实每一个国家建卫星导航定位系统首先都是要保证我们国家自己在军用上的安全性和可靠性，这是最重要的。在这种时候你当然必须得有，这是重要的点。在民用上其实更多的，现在很多做的是兼容和互操作。比如每年都会有这种兼容和互操作的大会，要去彼此之间讨论，我们的信号之间应该是兼容的。

这样的话能够带来什么好处？就是说以后我的手机，可能既能接收GPS，也能接收北斗，还能接收格洛纳斯，还能接收伽利略。这样的话能够让导航定位的精度或者可靠性更高。比如现在会有站到一个楼下的时候，因为这个楼可能很高，挡了我半边的卫星，可能来自于楼这半边的卫星都收不着，定位精度可能就会很差，但是如果说天上的卫星，就是你说GPS24颗星，北斗35颗星，卫星数更多了，那我现在能收到更多的星，在这种情况下，卫星数足够的多，也能够导航定位。

网易科技：那影响精准性的因素到底有哪些？

徐颖：这个就是取自于有几个因素，一个是你的星座的构型和布局。因为卫星导航最后定位的精度是UERE再乘上DOP值，一个UERE就是一个测距精度，乘上的DOP值就是卫星的分布。所以和卫星分布式密切相关的。

UERE就是测量，测量这个东西和什么相关？和好几个东西相关。一个就是说卫星发射信号，本身来讲它这个信号的精准度是什么样的。因为信号上面是携带时间信息的，时间准不准，就是星载原子钟（音）这种东西准不准，然后信号格式是什么样的，不同的信号格式所得到的测量的克拉美罗下界（音）可能都是不一样的，比如说它有各种调制方式，BPSK调制，BOC调制，可能都是不一样的。

再往下就是信号不是有一个频率，频率经过时间的传播之后，它在大气当中的传播特性都是不一样的，所以和频率什么的也都是密切相关的。所以总的来讲，和这一切因素都是相关的。

还有包括一个很重要的一点就是说，除了这一颗卫星之外，不是有好多颗卫星吗，这些卫星之间的协调度是什么样的，它也是密切相关的。

网易科技：北斗卫星在民用方面，高精度可以达到怎样的程度？

徐颖：民用的高精度它现在是已经能达到毫米级这样的精度。当然它有限制，不能够是运动速度非常快的物体。因为有一个民用的应用场景叫做桥梁形变检测，就是类似这种的。它就放一个接收器在那，然后用差分的方式修正它的误差，然后做非常长时间的这种观测。它长时间的这种观测情况下，精度是能够到毫米级的。

网易科技：“卫星导航定位系统的应用只受想象力的限制”，目前我国在探索的北斗卫星的应用范围有哪些？还有哪些新的领域有待探索？

徐颖：卫星导航定位系统给我们提供一个最基本的一个时间和空间的信息，我们叫做时空基准。而时空基准是所有的一切信息网络能够互联的一个基础。所以就是说，它的应用非常非常广泛，比如说像我们说过的电力系统。电力系统大家觉得可能跟卫星导航一点关系都没有，但是其实卫星导航给电力系统做授时，就是给它一个时间同步，这样的话能够让电力系统比如说在用电高峰的时候，能够有一个比较合理的电力分配，就是类似这样的，大家都会觉得电力跟卫星导航没有什么关系。

还有比如像金融系统，在授时的时候，如果金融结算的时候，时间差出去以毫秒的话，其实结算的金额好像就会差出去好几千万美元这重量级，所以它也是可以用北斗系统来给它做一个精准的时间同步。就是类似像这种，大家可能也是觉得没什么关系。

网易科技：我们采访一系列科学家除了希望能够实现科普之外，也希望让科学流行起来，让科学成为一件时尚的事情。您怎么看待目前科学家与明星的这样天壤之别的差别待遇？

徐颖：首先这个社会现象我们当然是很不希望看到的，我们小时候都觉得当科学家是一个很光荣的事情，所以才会写，我的理想要当科学家。现在的孩子们其实好像没有这样的想法，可能他们的理想就是，我长大了要当明星，或者我要当偶像。这都还不是出于爱好，因为他并不是说我要当演员，或者我要当歌唱家或者我要当什么，他纯粹就是想站在一个被人崇拜的位置，所以我要当这个。所以从某种角度上来讲，这是科学，或者这是科学价值取向的一种流失，确实是。

但是你说，把科学家打造成明星这种待遇，其实也很难。为什么呢？孩子们可能会喜欢明星不会喜欢科学家，明星长得好看是一方面，明星做的事情很娱乐，容易吸引人。但是，科学家需要人来了解他们背后的故事，科学家做的事情不是很娱乐，传播的途径有限，所以很难吸引孩子们。

网易科技：所以我们才要科普。

徐颖：当然做科普是非常非常重要的，我们也是说，现在做科普就是避免三十年后我都招不着学生这种情况。三十年后，比如说现在的孩子长大了，他就不想来干这个事情，就招不着学生，这种让人很不想看到的现象发生。

网易科技：科学研究是一个枯燥无聊的过程，也有可能花费了很长时间并没有得到自己想要证实的结果，当遇到这样的问题时您怎么排解？

徐颖：其实我们在说这种价值取向的时候，就是科学价值取向，除了能够求真和求成功之外，如果说能够证明哪个东西是错的，其实这也应该，也是一种价值。至少以后就不会再有人去研究这个东西，走这个弯路了。就是说做了一个正确的事情，和排除了一些错误的事情，我们应该要尽量把它放在同样的位置上来讲。

有些项目可能研究的团队很多，并不是某个团队研究出来以后，你做的所有努力和东西就没有价值。了。因为在这当中还有很多细分的点，比如说像今年得诺贝尔奖引力波还有什么的，是吧，它也不是一个人在做，它有很多人在做。也不是说他做出来之后，再做引力波的人都没有价值了，他在这个基础上，肯定还会有一些自己独特的点。只是说可能不被大众熟知，但是在他的行业当中一定还是，只要你做出来的东西，一定还是有认可度的。

快问快答：

网易科技：您最敬佩的科学家是谁？

徐颖：钱学森。

网易科技：如果当初不选择这个领域，当时有什么其他的一些梦想或者想法吗？

徐颖：就是当一个科学家，我现在好像实现梦想了。

网易科技：如果一提到科学的话，你最先想到的词是什么？

徐颖：严谨、创新。

网易科技：您觉得做科学研究最需要什么精神？

徐颖：严谨、创新。

网易科技：如果做科研的话，最难的是什么？

徐颖：其实最难的做科学的点在于是说，不知道做的这个事情是不是正确的。

网易科技：对想做科学家的人的忠告是什么？

徐颖：要耐得住寂寞，还是要耐得住寂寞。