“2020年，北斗系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈國內(nèi)產(chǎn)值已超4000億元，海外應(yīng)用加速落地，已在全球120多個國家和地區(qū)得到應(yīng)用……”在近日舉辦的第十二屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航年會上，中國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會主席何玉彬公布了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最新的“成績單”。

這份亮眼的“成績單”背后，是無數(shù)科研人員的辛勤付出，武漢大學(xué)測繪學(xué)院教授、導(dǎo)航工程系主任張小紅就是其中一員。

在不少媒體的報道中，張小紅被稱為“大地測量師”。

的確，過去20余年，他把絕大多數(shù)的精力，都用在測量腳下的土地上。

“我的工作，就是利用先進(jìn)的測繪技術(shù)，力求取得最精準(zhǔn)的地面信息，再將其準(zhǔn)確無誤地‘告知’北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。”張小紅說，作為一名黨員能參與這一重大國家科技項目他深感榮幸，也倍感責(zé)任重大。

運用所學(xué)服務(wù)九八抗洪

“我喜歡發(fā)現(xiàn)和解決問題，這讓我有一種實實在在的成就感。”張小紅說，他上學(xué)時比較喜歡物理、數(shù)學(xué)等科目。

“給大地做測量，可以全國到處跑！”高考填報志愿時，張小紅選擇了武漢測繪科技大學(xué)（后并入武漢大學(xué)）大地測量專業(yè)，因為他覺得“選這個專業(yè)，就能多出去走走、看看”。

進(jìn)入大學(xué)后，張小紅得償所愿，外出的機會確實很多，從開始“全國到處跑”到后來變成了“全球到處跑”。

開始專業(yè)學(xué)習(xí)后，張小紅漸漸明白了大地測量到底是什么。

“這個專業(yè)很神奇，而且相關(guān)技術(shù)可以服務(wù)很多工程。”張小紅說，大四上實踐課時，他給一座大壩做“體檢”，測量壩體是否存在變形。若利用傳統(tǒng)測量手段，不僅費時費力，而且做不到持續(xù)監(jiān)測；而運用新的測量技術(shù)，則可精準(zhǔn)測量出壩體可能存在的微小變形。

1997年，本科畢業(yè)后，張小紅師從武漢大學(xué)測繪學(xué)院教授李征航和我國著名測量學(xué)家、中國工程院院士劉經(jīng)南，完成碩、博士階段的學(xué)業(yè)。

1998年6月至9月，我國南方特別是長江流域及北方的嫩江、松花江流域出現(xiàn)歷史上罕見的特大洪災(zāi)。彼時，張小紅正在讀研，其導(dǎo)師的研究項目涉及長江支流清江上的一座大壩。

于是，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，他利用所學(xué)的專業(yè)測量知識，為抗洪一線提供準(zhǔn)確的壩體監(jiān)測數(shù)據(jù)。

“當(dāng)時，看到百姓受災(zāi)，我心里十分難受。”張小紅說，“自己的工作能為整體防洪科學(xué)決策提供依據(jù)，讓我第一次切實感受到大地測量的重要性。”

1998年底，張小紅以學(xué)生身份首次到南極長城站參加中國第十五次南極科學(xué)考察，成為當(dāng)時科考隊中年齡最小的隊員。

“那次科考時間短，要完成的任務(wù)多，科考隊成員不僅要執(zhí)行國際大型合作科研項目——GPS國際聯(lián)測，還要完成南極喬治王島板塊運動監(jiān)測網(wǎng)的建立和觀測等任務(wù)。此外，我還得不時充當(dāng)臨時翻譯，幫助外語不好的隊員完成工作。”張小紅回憶道，最終他完成了各項科考任務(wù)，還被評為中國南極科學(xué)考察優(yōu)秀隊員。

后來在讀博期間，張小紅的研究方向變?yōu)榧す饫走_(dá)研究。“雖然從零開始有些難度，但也充滿挑戰(zhàn)和樂趣，這正是我搞科研的動力。”他說。

“跨界”做研究的張小紅，很快便在新領(lǐng)域做出了成績。他博士期間的研究成果解決了北極地區(qū)航空測量的技術(shù)難題，他也因此受丹麥國家空間研究中心邀請赴格陵蘭島開展相關(guān)實驗研究工作。

率隊提升“北斗”定位精度

2000年博士畢業(yè)后，張小紅留校任教，研究方向“重回大地”。

“機緣巧合，我留校任教后，又做起了大地測量研究。以前的研究基礎(chǔ)還在，導(dǎo)師也給予了我一定指導(dǎo)，但我總想做點不一樣的，不想‘啃老本兒’。”張小紅是這么說的，也是這么做的。

很快，他將自己的研究方向鎖定在精密單點定位技術(shù)上，而這項技術(shù)后來被成功地應(yīng)用在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)上。

之所以選擇這個方向，張小紅看中了它的潛力。“我當(dāng)時覺得，該技術(shù)應(yīng)用成本不高，而且有可能實現(xiàn)厘米級的測量精度，未來一定會有大用處。”他說。

不過，長期以來，精密單點定位技術(shù)都存在可靠性弱、時效性差等問題，國內(nèi)外科研人員為解決這些難題絞盡腦汁。

此后歷時近20年，張小紅發(fā)展了一套“定得準(zhǔn)”的理論與方法，將精密單點定位精度從分米級提升至厘米級甚至可達(dá)毫米級，又建立了一套“測得快”的廣域精密定位方法，顯著提升了精密單點定位技術(shù)的時效和可用性。

“衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，直接決定了其科學(xué)和工程應(yīng)用價值。而在當(dāng)時，一般的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能達(dá)到的定位精度只有5到10米，滿足不了高精度用戶的需求。”張小紅說，基于上述已有科技成果，他帶領(lǐng)團(tuán)隊參與了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自主定軌技術(shù)的攻關(guān)工作，和其他科研團(tuán)隊一道提升“北斗”的定位精度。

如今，北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度服務(wù)，已經(jīng)可將定位精度提升至實時厘米級，經(jīng)過后期處理甚至可以達(dá)到毫米級。“農(nóng)業(yè)方面，使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)厘米級精準(zhǔn)定位服務(wù)后，植保無人機能夠?qū)崿F(xiàn)自動化精準(zhǔn)導(dǎo)航及飛行控制，可晝夜完成農(nóng)藥噴灑，提高工作效率，大幅降低成本。”張小紅說。

此外，張小紅團(tuán)隊還研發(fā)出我國首個工程化全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精密單點定位數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)，填補了我國在該領(lǐng)域的空白。

幫助學(xué)生克服科研“玻璃心”

目前，基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度定位技術(shù)，張小紅正帶領(lǐng)團(tuán)隊成員研發(fā)星地融合增強系統(tǒng)，該系統(tǒng)可被應(yīng)用于自動駕駛、應(yīng)急救災(zāi)、國土測繪等領(lǐng)域。“自動駕駛、萬物互聯(lián)時代就要到來，未來誰能在定位領(lǐng)域搶占先機，誰就能引領(lǐng)技術(shù)潮流。”他說。

張小紅說，單機高精度實時導(dǎo)航定位是衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展的必然趨勢。精密單點定位技術(shù)面臨歷史機遇和挑戰(zhàn)，只有進(jìn)一步提高其可靠性、安全性和連續(xù)性，才能適應(yīng)新的應(yīng)用需求。

人才是創(chuàng)新的第一動力。作為博士生導(dǎo)師，張小紅一直十分重視人才培養(yǎng)工作。

嚴(yán)格是很多學(xué)生對張小紅的印象。學(xué)生們說，上張小紅老師的課，要打起十二分精神，半點兒都馬虎不得，因為“張老師非常注重細(xì)節(jié)，對科研的每個步驟都盯得緊”。

“對學(xué)生，我必須嚴(yán)格要求。差之毫厘，謬以千里，大地測量就是如此。”張小紅回憶道，自己剛上大學(xué)時，阿拉伯?dāng)?shù)字的書寫是基本功，老師曾要求反復(fù)抄寫，為的就是日后在測量圖上能清晰標(biāo)注。

踏實努力之外，張小紅更希望學(xué)生們能有一雙發(fā)現(xiàn)問題的眼睛，能時刻擁有強烈的求知欲，有啃“硬骨頭”的決心。

“有些學(xué)生，一碰到科研難題就避開，甚至想放棄。我總是跟他們說，山窮水盡之時，往往就要柳暗花明了。做科研可以有好奇心，但不能有‘玻璃心’。”張小紅說。