石门博士风采第二编第101辑——伍蔡伦博士

《石门博士》编辑部

伍蔡伦博士参加2021年工信部人工智能揭榜优胜单位颁奖会

博士简介

伍蔡伦，男，1981年出生于湖南省常德市石门县维新镇，1999年6月毕业于石门县第一中学，先后在湘潭大学、北京理工大学以及清华大学求学，2011年获得清华大学电子工程系博士学位，同年进入中国电子科技集团公司第五十四研究所并工作至今。中国电子学会青年科学家会员，中国卫星导航定位协会室内分会委员，北斗卫星导航工程技术丛书编写委员会委员，曾任科技部863计划项目首席专家。现任卫星导航系统与装备技术国家重点实验室副主任，研究员，中国电科54所高级专家。

先后主持科技部863计划、北斗重大专项以及卫星互联网重大工程相关项目20余项，经费超过亿元，发表论文20余篇，出版专著1部，获得所级科技贡献奖、集团科技进步奖、军队科技进步奖、河北省科技进步奖、卫星导航定位科学技术特等奖、北斗卫星导航工程优秀团队、中国电科集团十大创新团队及入选河北省“三三三人才工程”等多项荣誉。研究领域包括：卫星导航、组合导航、通信导航融合以及下一代综合时空体系。

科研成果方面，研制我国第一套GNSS四系统跟踪站接收机并在全球布站运行，研制我国首台低轨卫星高精度精密定轨接收机并在轨验证，研制我国首套火箭回收导航定位及位置报告装备并装备型号，研制国内首台低轨卫星导航增强载荷并在轨运行。我国低轨卫星导航增强领域的拓荒者和引领者，培养并形成了一支国际领先国内一流的低轨导航高水平科技创新团队。

伍蔡伦博士在西昌参加火箭回收任务现场保障

（2023年）

博士感悟

一、懵懂少年：逐步接触科研工作并产生浓厚兴趣

我出生在石门县维新镇的一个小山村，懂事比较晚，对如何上进没有什么意识，也不懂得要达成什么大的目标，小学和中学生活基本上在无忧无虑中度过，但很有幸遇到了小学毕业班的邓玉英老师和万学军老师，他们给我的语文和数学打下了很好的基础，后来又有幸遇到了初中毕业班的李子庆老师，让我在维新镇中学并入石门四中后能很快处于年级前列，并保送进入石门县第一中学；进入高中后，不同教育水平的各地区同学汇聚到一起，和县城成绩好的同学相比，学习方面还是有所差距，高中成绩总体还比较靠前，但总有一层窗户纸没有捅破的感觉，懵懵懂懂就考进了湘潭大学。当时也挺高兴，就是觉得自己长大了，但是又感觉好像没有发挥出来。很好的一次刺激来自于好友伍康同学（现就职于清华大学）大一寒假期间来我家交流沟通，他当时考进了北京航空航天大学，说起了他们大学的一些情况，当时给我带来了一些震撼，外面还有更大的世界。我感觉应该还要再努力一些，追求一点更大的目标了。由于这样潜移默化的影响，过完年回学校后就真的开始努力了。

非常感谢在湘潭大学的美好时光，回头来看在那里应该是度过了求学生涯最快乐的四年，除了踢足球就是上自习，学习方面也取得了很大的进步，并开始琢磨未来的专业选择。当时我读的是过程装备与控制工程专业，由于偏机械，我不是特别喜欢，相反喜欢电子方面的一些课程，非常喜欢单片机、微机原理等，我还跑到信息工程学院去旁听专业课，不断深入的学习为后来的科研工作打下了很好基础。记得当时选研究生的拟报考专业时，我主要就看哪个专业考微机原理，如果考这门课我就报那个专业。在研究生招生考试时，我的专业课获得接近满分的成绩。由此看来，兴趣真的是驱动科研工作最好的催化剂。

以专业及总分第一名的成绩考入北京理工大学机电工程学院后，我有幸遇到了我硕士导师李世义教授。他是一位非常儒雅的老人，现在已经80多岁了，依然风度翩翩。从他的身上我学习到了做事有条理、科研有思路、用大局观看眼前事以及一丝不苟的科研态度。现在依然清晰的记得选硕士研究方向时笑眯眯地问我：“小伍，我想让你研究GPS接收机技术怎么样？”那时GPS接收机技术国内还未突破，也没有这样的基础，李老师是敏锐感觉到这个技术在国内会有大发展，就提前布局这个领域。当时真是年少懵懂，我简单了解了相关背景后，非常肯定的回答：“好啊，没问题”。没想到，一句话就决定了未来整个人生，现在已经从事了二十年的相关科研工作，真是一辈子做一件事，一辈子只做一件事。

读博期间参加美国ION学术年会（2009年)

二、义无反顾：潜心研究最先进卫星导航接收技术

决定从事GPS接收机的研究工作后，我很快就进入了科研状态，慢慢接触到了很多信号处理工作，捕获、跟踪、环路处理、卫星轨道与钟差计算以及定位解算等，由于实验室只有我和一位博士师兄在做相关研究，他是部队强军计划生，也经常不在实验室，那时的我就经常去请教北理电子系的老师和同学，还有去外面实习，很快三年时间就过去了。

我于2006年硕士毕业，并深深喜欢上了这个研究方向，但是感觉自己还有很多欠缺和不明白的地方，于是决定继续深造。经过调研，找到了我读博期间的导师清华大学电子系党委书记冯振明教授，鼓起勇气给他发了一封邮件，冯老师很快就回复了我，叫我去他办公室面谈。第一次见到冯老师就被他乐观、开朗的性格所感染，特别感谢上天对我的眷顾，能让我在求学期间不断遇到很多照顾我，关心我的老师和同学。经过一下午的交谈，冯老师对我也有了更多的了解，卫星导航接收机在国内还是一个很新的技术，咱们国家的北斗接收机还未研制成功，当时国内主要参考国外一家公司的基带芯片手册来做研究。由于我读硕士期间一直学习和琢磨相关手册，也具备了一定的基础，冯老师就安排我和姚铮（北斗三号新信号体制的主要发明者，现任清华大学信息系统研究所所长）一起来做接收机，从单通道到多通道，再到并行捕获，基于DSP的导航定位解算等等，忙得不亦乐乎。经过六个月的努力，终于顺利开发完成实验室第一台（也是国内自主研发第一台）GPS接收机。当正确的定位结果东经116.3275°，北纬40.0000°，高程80m（清华东主楼所在位置）出现在屏幕上时，那种成就感真的是超越了很多很多……

掌握GPS接收机开发技术后，随着北斗系统建设快速推进，于是又继续围绕北斗导航领域开展新研究，并陆续开发出基于Matlab的非实时以及基于PC机的北斗实时软件接收机，读博期间在长码捕获、GPU加速信号处理（在2008年算是很先进的技术，现在随着AI发展已经到处都是了）、抗多径算法等等方面也做出了很多科研成果，非常感谢在清华的四年半时光，让我真正走上了科研创新之路，也奠定了后来一辈子做实事，做真成果，不务虚只唯实的良好科研习惯，也很有幸认识到了很多值得交往的老师、同学和朋友。由于项目合作的原因，我常常去石家庄中国电科54所出差，毕业后也就没找别的工作，直接去了54所。

初入所还未好好安顿下来，我就接到一个特殊任务：采用基于计算机的软件接收机实现对GPS长码完成定位处理，任务要求两周内完成并给总体单位演示。国内从来没有人做过这样的尝试。时间紧迫，任务艰巨，完全顾不上安顿家里，就一头扎进各项技术攻关中，每天废寝忘食，满脑子都是实时码生成、长码直接捕获、稳定跟踪、实时定位等问题，最后不负众望，顺利完成了该任务并给总体单位进行了圆满展示。该技术成果也最终转化成我国唯一的导航性能评估装备并获得了应用。总体说来，从2003年开始每天都和卫星导航各类研究打交道，始终从事的都是北斗卫星导航的工作，北斗科研甚至已经变成了我的爱好，事业和爱好两者已经融为一体，很难分清。

三、坚持创新：二十年如一日将北斗导航事业进行到底

随着北斗系统建设的逐步建设完成，我感觉到厘米级高精度定位将是未来发展的主流，于是将北斗高精度应用作为自己主要的研究方向。高精度定位涉及电子和测绘两大基础学科，作为电子专业出身的我对测绘方面并不熟悉。为了克服测绘基础薄弱的问题，又开始自学相关基础理论，大量阅读国外文献和相关代码，同时和国内同行交流，花了半年时间就掌握了相关理论知识，并能在各个项目中熟练运用。

2012年初，接到了第一个关于高精度定位领域的重要任务---研制我国第一套北斗/GNSS四系统高精度跟踪站接收机。这是一个具有国际影响力的项目，北斗/GNSS跟踪站接收机需要在全球布站，用于支撑北斗系统的稳定运行。除此以外，跟踪站接收机还需要监测评估美国GPS、俄罗斯GLONASS以及欧洲Galileo三大导航系统性能。当时国际上没有这样的跟踪站接收机，时间紧困难大。我又带领整个项目团队负责全部11个卫星导航频点的研制工作，工作极其庞杂，而且时间上也不占优势。面对如此大的挑战，就像打一场攻坚战一样，从技术方案制定、关键技术攻关到软硬件研制，带领团队全身心投入，不分昼夜，加班加点，排计划、写程序，一点一点地攻克每一个难关。饿了，吃口泡面。累了，在桌上趴会儿。尤其在北京比测的三个月里，刚好是夏天，特别炎热，和团队成员吃睡都在实验室，对接收机反复修改和优化，经过整整三个月的艰苦奋战，终于顺利拿到第一名的比测成绩。面对这来之不易的成绩，还记得流下了激动的泪水。现在全球首款四系统跟踪站接收机已遍布亚洲、南极洲（长城站和中山站）、欧洲、大洋洲、北美洲等地，全球都有了它的身影，它正默默为我国北斗卫星导航系统稳定运行发挥着重要作用。

除了地面应用以外，高精度导航还大量应用在机载和星载等高端领域。在我国某低轨卫星项目中需要实现精密轨道计算，精度要求为分米级，在8000米/秒的速度下达到这样的测量水平，难度可想而知。该任务的最大难点是在高动态环境下实现一种半无码跟踪技术，当时国内并没有相关技术。了解到该困难后，从算法仿真、引导捕获、交叉跟踪、灵敏度提升、地面测试验证等多个环节进行认真细致把握。当时该项目与某重大专项课题比测冲突严重，除了白天在比测现场，晚上还继续推进星载接收机研制。在整个团队的努力下，最终成功完成我国第一套低轨卫星精密定轨接收机并在轨运行，令人欣喜的是事后定轨精度达到厘米级定轨水平，成功跻身国际一流国内领先行列。

北斗系统建设初衷就是为了保证我们国家拥有自己的卫星导航系统，不受国外GPS制约。建设好北斗也要用好北斗，在重要领域应用北斗也成为责无旁贷的义务。作为一名军工单位科研人员，有责任有义务提高我国高端导航装备技术水平。在火箭回收领域，我又完成了长征二号/三号系列火箭回收定位及位置报告装备研制工作，将火箭回收区范围从2千平方公里减小到0.04平方公里，从目标下落到完成目标确认时间由3小时减小到10分钟，极大节省了人员开支并提升了回收效率，为我国火箭回收的快速发展做出了实质性的贡献。

四、展望未来：为我国综合时空体系建设继续奋斗

北斗三号系统建设部署已经完成，更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系建设任务逐步提上日程。随着商业航天蓬勃发展和卫星互联网工程建设启动，低轨卫星越来越受到重视。我开始带领团队深入分析和论证，大胆突破固有限制。目前全程参与了卫星互联网重大工程导航系统总体方案论证、信号体制设计、空间载荷研制、地面系统建设以及应用终端研制。目前已建立一整套利用低轨空间实现卫星导航增强的理论和技术体系。为了解决低轨卫星导航的服务效能提升问题，从卫星实时定轨、星间编队、地面测轨、时间同步、信号发射、地面运行管理等方面开展全面深入的研究并承担了大量课题。新冠疫情的三年，也是刻苦攻关的三年，为了弄清楚其中的关键技术问题和按时完成载荷以及终端研制任务，常常和团队成员每天开会讨论和沟通，经常工作到深夜。目前带领团队已经完成了武汉大学珞珈一号、珞珈二号、中国电科天象一号A/B星等前期验证卫星的导航增强载荷研制和性能验证，卫星互联网重大工程导航增强载荷也即将研制完成并择机发射，未来还将部署上百颗低轨卫星实现组网运行。相信低轨卫星导航增强系统将为我国综合时空体系建设发挥重要作用。

担任中国电子信息技术年会论坛召集人（左二）与李德仁院士合影

五、后记

北斗三号全球卫星导航系统2020年已经建成，我也为此付出了近二十载的青春年华无怨无悔，它寄托了我们这一代北斗导航人的光荣与梦想。同时作为石门人，也为参与到这一国家重大工程而骄傲。使命高于一切，责任重于泰山，未来还将继续前行，我还将持续为此而奋斗。