北斗衛星導航系統（BDS，簡稱北斗）是中國自行研制的全球衛星導航系統，也是繼全球定位系統（GPS）、全球衛星導航系統（GLONASS）之后第三個成熟的衛星導航系統。

BDS很難在全球布設地面站，僅靠我國境內地面站建立星地鏈路，70%以上的境外區域處于觀測盲區，對北斗導航系統的全球精密定軌、實時管控和自主運行產生致命影響，這成為北斗導航由區域系統向全球系統發展面臨的最大屏障。

國防科技大學教授楊俊帶領空間儀器團隊持續開展科研攻關，發明大型復雜星座“精密測量鏈”“全球控制鏈”“時敏數據鏈”三鏈合一的全球星座彈性多模星間鏈路，在衛星與衛星、衛星與地面站之間架設“天路”，消滅了境外區域觀測盲區，讓北斗衛星導航系統實現提供全球服務。

今年9月19日，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭與遠征一號上面級，成功發射第59顆、60顆北斗導航衛星?！吨袊茖W報》記者近日走進國防科技大學，深入了解該?？臻g儀器團隊架設星間鏈路背后的科研故事。

“陸路”不通架設“天路”

我國因長期受限于境內布站，全球觀測弧段只有30%?！斑@意味著北斗只能觀測和服務我國，沒法為全球提供服務?！睏羁”硎?。

一般地，全球衛星導航系統包括空間部分、地面控制部分和用戶設備部分?？臻g部分獲取的信息往往不是完全準確的，這就需要空間部分獲取信息后與地面端進行校準，這樣才能實現高精準度。

美國GPS在世界各地建設了數百上千個地面站，通過地面組網打通了“陸路”，直接為衛星提供運維管控和時空基準，確保GPS的安全穩定運行。

“BDS全球觀測弧段只有30%，精度也會有一定影響?！睏羁〗忉屨f，GPS布設在地面的每一顆衛星，都可以和地面站連通，這就可以維持很好的數據校準，而BDS在國外沒有布設衛星，那些地區就是盲區，精準度也難以保障。

BDS要提供全球服務，就必須打造導航衛星全球一張網，解決這70%的域內觀測盲區問題，始終維持高精度的時空基準。

如何破題？既然“陸路”不通，那就另辟蹊徑。

為此，國防科技大學空間儀器團隊獨辟蹊徑，嘗試在衛星與衛星、衛星與地面站之間架設“天路”，搭建具有數據傳輸和精密測量功能的無線星間鏈路。

此前國際上尚無相關經驗，更談不上理論成果。憑借在航天測控平臺與衛星通信載荷領域的深厚積淀，空間儀器團隊發明了大型復雜星座三鏈合一的全球星座彈性多模星間鏈路，解決了“境外衛星連續實時管控”“精密定軌與時間同步”“自主運行”等核心需求，這成為北斗導航系統從區域走向全球的“機括”。

為衛星“鋪路”實施管控

所謂星間鏈路，就是在衛星高速運動條件下快速建立鏈路，在相距數萬公里的衛星間實現厘米級測距精度，在星座幾十顆衛星間并行同時建鏈而互不沖突，在缺乏地面支持情況下仍可長期保持衛星軌道和時間。星間鏈路作為全球衛星導航系統公認的技術制高點，是世界性的重大科技難題。

此前已有的星間鏈路，大多是在兩顆衛星之間架設一座“獨木橋”，只實現了單點靜態拓撲、單一傳輸功能。而北斗星間鏈路則是要修建整個星座系統的交通網。

目前，我國已成功發射60顆北斗導航衛星，這些衛星由若干地球靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星組成，不同軌道的高度不同，最高的超過3.5萬公里。每顆衛星的運動速度約為每秒7公里，它們之間的距離很遠，有的超過六七萬公里。

架設北斗星間鏈路，首先要讓這些衛星始終在正確、可控的軌道上運行。

“以前當衛星在我國領空運行時，因為地面站能和衛星實時校準，這些區域中衛星是受控的。而到了其他國家尤其是進入北極后，衛星往往進入失控狀態，飄到其他軌道，地面也無法和空間互聯，這種情況下更談不上傳輸精準的信息?！眹揽萍即髮W智能科學學院副研究員孟志軍說。

北斗星間鏈路兼具測量和傳輸兩大功能，既要滿足全球定軌的多星協同精密測量和觀測幾何強度需求，一顆星與十多顆衛星建鏈，又要滿足實時傳輸的無中心彈性組網和多系統開放互聯需求，國內外均沒有可借鑒方案，屬于世界性難題，必須從理論和技術上自主創新全面突破。