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衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)學(xué)科發(fā)展研究論文
一、引言
衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)是利用各種用戶終端接收由衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)播發(fā)的、并沿著視線方向傳送的信號，對目標(biāo)進行導(dǎo)航、定位和授時。將衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)與傳統(tǒng)的導(dǎo)航定位技術(shù)相比較可知，衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)具有高時空分辨率、全天候、連續(xù)地提供導(dǎo)航、定位和定時的特點。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)取得了巨大的進步，已經(jīng)成為當(dāng)今世界高技術(shù)群中對現(xiàn)代社會最具影響力的技術(shù)之一，并且已然滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，應(yīng)用于海上艦船、陸地車輛、航空與航天飛行器的導(dǎo)航，以及大地測量、石油勘探、精細(xì)農(nóng)業(yè)、精密時間傳遞、地球與大氣科學(xué)研究以及移動通信等多領(lǐng)域。未來衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)將進入以保障地球系統(tǒng)環(huán)境安全、發(fā)展戰(zhàn)略性新興空間信息產(chǎn)業(yè)、探索地球系統(tǒng)的新階段。
衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)是事關(guān)國民經(jīng)濟社會發(fā)展、國家科技進步、國家安全等方面的綜合技術(shù)領(lǐng)域，是國家科技實力與競爭力的重要標(biāo)志之一。世界主要軍事大國以及經(jīng)濟體都競相發(fā)展獨立自主的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)，包括：美國的GPS(Global Positioning System)、俄羅斯的GLONASS (Global Navigation Satellite System)，歐盟的GALILEO(Galileo Navigation Satellite System)以及中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BDS(BeiDou NavigationSatellite System)。
當(dāng)前，衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)正在從單一的GPS時代轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘈亲⒋婕嫒莸腉NSS新時代，衛(wèi)星導(dǎo)航體系全球化和增強多模化;從以衛(wèi)星導(dǎo)航為應(yīng)用主體轉(zhuǎn)變?yōu)镻NT(定位、導(dǎo)航、授時)移動通信和Internet等信息載體融合的新階段。BDS的逐步建成為我國衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)的進一步發(fā)展提供了良好契機。我國應(yīng)該抓住這一機遇，大力推進衛(wèi)星導(dǎo)航與定位學(xué)科的進一步發(fā)展，為培養(yǎng)大量高精尖專業(yè)技術(shù)人才，爭奪衛(wèi)星導(dǎo)航與定位的國際市場奠定良好基礎(chǔ)。本文旨在調(diào)研國內(nèi)外衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀，對國內(nèi)外最具代表性的高校和研究機構(gòu)進行了對比分析，為我國衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)學(xué)科的發(fā)展提出若干建議。
二、衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)學(xué)科發(fā)展
目前，國內(nèi)研究衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)的高校和機構(gòu)主要包括：武漢大學(xué)、同濟大學(xué)、中南大學(xué)、河海大學(xué)、山東科技大學(xué)、長安大學(xué)、上海天文臺、中國測繪科學(xué)研究院和中國科學(xué)院測量與地球物理研究所等。本文以武漢大學(xué)作為國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航與定位學(xué)科的研究代表。武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心始建于1998年，以建設(shè)世界一流學(xué)科為目標(biāo)，經(jīng)過十余年的努力，在衛(wèi)星導(dǎo)航及相關(guān)領(lǐng)域開展了廣泛深入的研究，為我國自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的新技術(shù)、新方法和新應(yīng)用的發(fā)展做出了巨大貢獻。
目前已建成亞洲唯一的國際IGS分析中心、國際IGS數(shù)據(jù)中心，全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(tǒng)(IGMAS)數(shù)據(jù)中心以及武漢大學(xué)北斗試驗跟蹤網(wǎng)。發(fā)表高水平SCI論文數(shù)量也與日俱增，包括《Journal of GeophysicalResearch》、《Journal of Geodesy》和《GPS Solution》等。每年培養(yǎng)衛(wèi)星導(dǎo)航與定位的碩士研究生、博士研究生達到兩百余人。為了實現(xiàn)世界一流學(xué)科建設(shè)的目標(biāo)，需要以世界領(lǐng)先學(xué)科為標(biāo)桿，通過與世界領(lǐng)先學(xué)科的對比與分析，找出本學(xué)科發(fā)展的優(yōu)勢和不足，明確發(fā)展定位。為此，我們深入調(diào)研了澳大利亞新南威爾士大學(xué)和美國麻省理工學(xué)院的測繪學(xué)科的發(fā)展動態(tài)，從人才培養(yǎng)、隊伍建設(shè)、科學(xué)研究、國際交流、社會服務(wù)幾個方面進行了全方位的對比分析。
(一)澳大利亞新南威爾士大學(xué)
澳大利亞新南威爾士大學(xué)(UNSW)測量與空間信息工程系成立于1960年，隸屬于土木與環(huán)境工程學(xué)院，該學(xué)院在2012-2014年QS世界大學(xué)學(xué)科排名中位列前20。測量與空間信息工程系是世界一流的大地測量與衛(wèi)星導(dǎo)航研究團隊，是澳大利亞排名第一的地球觀測研究機構(gòu)。測量與空間信息工程系以GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航定位為主要研究方向，在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機設(shè)計和信號處理算法、組合導(dǎo)航、室內(nèi)導(dǎo)航、遙感技術(shù)及應(yīng)用等領(lǐng)域具有雄厚的實力。主要的研究方向包括：多GNSS系統(tǒng)導(dǎo)航定位、衛(wèi)星接收機設(shè)計和信號處理算法、多傳感器融合算法及應(yīng)用、室內(nèi)定位、大地測量參考框架、遙感技術(shù)與應(yīng)用以及激光雷達測量等。該系現(xiàn)有1名教授，3名副教授和4名高級講師，其中Rizos教授在2011年當(dāng)選為國際大地測量學(xué)會(IAG)主席。為大地測量研究以及應(yīng)用領(lǐng)域培養(yǎng)了大量優(yōu)秀的人才，現(xiàn)有在讀博士研究生33名。該系自1960年成立之日起，便與美國、德國、英國等著名大學(xué)、研究機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)部門建立了長期的、廣泛的國際合作關(guān)系。2010年以來，共發(fā)表論文450余篇，其中SCI論文近200篇。培養(yǎng)了許多優(yōu)秀的博士和碩士畢業(yè)生，獲得了許多學(xué)生獎，同時畢業(yè)生受到用人單位的一致好評。導(dǎo)航定位領(lǐng)域的畢業(yè)生中，許多已經(jīng)成為澳大利亞最多產(chǎn)、最有創(chuàng)新能力和最有影響力的研究人員。
(二)美國麻省理工學(xué)院(MIT)
美國麻省理工學(xué)院(MIT)大地測量與地球動力學(xué)系隸屬于地球、大氣和行星科學(xué)學(xué)院，該學(xué)院在地質(zhì)、地球物理等領(lǐng)域有百余年的悠久歷史。該系主要研究方向包括：衛(wèi)星精密定位定軌理論、方法和軟件、地殼形變監(jiān)測、激光測高、地球內(nèi)部構(gòu)造等。現(xiàn)有研究和教學(xué)人員10人，為大地測量領(lǐng)域培養(yǎng)了大批優(yōu)秀人才，很多已經(jīng)成為了本學(xué)術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物。大地測量與地球動力學(xué)系是世界著名GNSS高精度數(shù)據(jù)處理軟件GAMIT的主要研發(fā)機構(gòu)，過去二十余年GAMIT軟件在衛(wèi)星精密定軌定位、地殼形變監(jiān)測、地球環(huán)境變化等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了大量的成果。上世紀(jì)90年代，以該系為依托建立了IGS分析中心(MIT)，為IGS提供精密的GNSS產(chǎn)品，其產(chǎn)品質(zhì)量長期位列各分析中心前茅，為推動GNSS技術(shù)在精密導(dǎo)航定位領(lǐng)域的應(yīng)用做出了突出貢獻。美國麻省理工學(xué)院的在GNSS數(shù)據(jù)分析方面研究處于世界領(lǐng)先水平。
與上述兩個研究機構(gòu)相對比可知，武漢大學(xué)在衛(wèi)星導(dǎo)航定位研究方向方面，相對全面;在研究的深度方面，與澳大利亞新南威爾士大學(xué)水平相當(dāng)，與美國麻省理工學(xué)院相比還有一些距離;從辦學(xué)規(guī)模來看，武漢大學(xué)優(yōu)勢明顯。因此，應(yīng)該在需要鞏固現(xiàn)有成績的基礎(chǔ)上，進一步提升國際影響力，建成具有世界一流水平的衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新平臺。需要提高的方面包括如下四點：增加高端論文發(fā)表數(shù)量與質(zhì)量，尤其是SCI檢索論文;加強國際間的交流和合作，爭取舉辦有影響力的大型國際會議;擴寬人才培養(yǎng)和就業(yè)渠道，為國際大地測量界輸出更多高層次的優(yōu)秀人才;增加國際學(xué)術(shù)機構(gòu)和國際學(xué)術(shù)期刊的任職，掌握國際話語權(quán)。
三、結(jié)語
近二十年來，我國在衛(wèi)星導(dǎo)航與定位學(xué)科取得了巨大的發(fā)展，一大批高校及研究設(shè)立了與該學(xué)科相關(guān)的一級博士點，培養(yǎng)了大批優(yōu)秀的專業(yè)人才。但與國外著名高校和研究機構(gòu)相比，在學(xué)科發(fā)展的深度和廣度方面還存在著一定的差距。我國應(yīng)緊抓北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的良好機遇，建設(shè)世界一流的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位學(xué)科。
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