近日，国防科技大学空间仪器团队攻克星间链路光频梳精密测量难题，光频梳精密测量的测距精度优于1.6纳米，达到目前公开报告的最高水平，可为下一代北斗卫星导航系统星间链路超精密测量提供关键技术支撑。

该团队曾主持完成北斗三号全球卫星导航系统（以下简称“北斗三号”）星间链路的论证和研制。截至3月30日，星间链路已在轨稳定运行十年，有力支撑了北斗三号的全球服务。

“星间链路是卫星和卫星之间的测量通信链路，好比是在卫星星群之间架设的‘天路’，就如同让卫星互相‘加好友’，直接‘发消息’，实时共享位置，实现自主运行。”北斗三号星间链路发明人、团队带头人杨俊对科技日报记者表示，这使得北斗三号仅在国内部署地面站，就能实现全球范围的服务覆盖。

1

突破卫星间厘米级测距

按“三步走”发展战略，北斗系统建设的第三步就是构建全球化的北斗三号系统。很多人担心：前两步还算好走，第三步很难走。

这是因为，我国很难在全球布设地面站。卫星在境外上空将处于失管失控状态，巨大的境外区域观测空白对全球精度有着颠覆性影响。这成为北斗系统由区域系统迈向全球系统面临的最大技术障碍。

突破障碍的关键就是攻克星间链路技术。虽然美国GPS等卫星导航系统也曾尝试应用星间链路技术，但那只是建设一些“羊肠小道”，仅可作为主干道的有益旁支。北斗的星间链路需要建设“高速公路”，成为连接卫星的核心主干。

2010年，空间仪器团队正式领受了北斗星间链路这一世界难题的攻关任务。彼时，他们已经在卫星测控和卫星导航领域深耕多年，并在2007年率先开展了星间链路论证和关键技术攻关工作。

从理论到实践，有很多难关，星间测距仪就是众多难关中首先需要攻克的技术。“这就好像是造一把卫星之间的‘尺子’，在秒级时间内，对相隔数万公里的卫星进行厘米级测距。”团队成员郭熙业说。

太空辐射、温差巨大等极端条件，仅仅是攻关中的“开胃菜”。更艰巨的任务是星间测距仪要在超远距离、极大动态、超高精度等苛刻要求下，在极短时间内快速稳定地捕获微弱的星间信号并实现精准测量。认真研究后，郭熙业大胆推翻原有追求极致速度的方案，决定以“时间换空间”，适当延长预处理时间，以压缩捕获范围，提升处理效率。他还提出了精确指向、快速捕获、精密测量等多要素一体化算法，数十毫秒即可完成星间信号捕获。新方案使得资源利用率得到极大提升，不仅灵敏度提高了30倍，测距精度随之提升至厘米级。

2

实现全星座高精度定轨

建设星间链路，还需要将所有卫星都“管”起来，即依赖星间链路实现整个星座的精密定轨。毫无意外，这也是一个前所未有的难题，没有成功经验可供参考，前路迷雾重重。

如何破除迷雾？不能只是瞎闯乱试，必须要有一套科学的方法。

杨俊介绍：“星间链路好像一个大型空间仪器，需要一套空间协同测量理论和方案。”从本质上说，他们要解决的是一个多点的、远距离、大动态、高精度的测量通信问题。

“我们可以让一颗卫星同时与多颗卫星相互测量，通过几何拓扑约束来计算卫星位置。”团队成员陈建云解释道，这就相当于单星拥有十几条测量基线，通过形成多面体的几何约束，计算出卫星的准确位置，解决定轨问题。

他进一步解释：“‘同时’，只是一个相对概念，只要我们足够快，从系统层面看就是同时的，类似于计算机的并行处理。”

最终，该团队提出了“并发空分时分”空间协同测量理论和工程方法。这是一种通过时间维度（时分）和空间维度（空分）的协同编排，实现多节点、多任务并行测量的导航卫星系统优化理论。该理论不仅可提升观测几何强度，而且解决了星座状态变迁和扩展应用的网络弹性，极大提高星间链路的配置灵活性和扩展能力。这既满足了定轨需要的单星十几条测量链路需求，又解决了载荷的体积、重量、功耗等卫星承载难题。

3

首创星间链路地面系统

通过星间链路，北斗系统可以在国家境内对整个星座进行控制管理，实现一站式对所有的卫星进行精密定轨和时间校对。

首发卫星是星间链路方案及技术攻关成果的试金石，它的在轨验证是头等大事。首发卫星发射前一年，团队紧锣密鼓地开始星间链路载荷在轨地面支持系统攻关工作。

“首先要实现地面系统与星间链路的完美对接，确保信息传输的高效与稳定。”郭熙业提出，“让首发卫星和地面系统同时指向对方实现对接是很困难的，能否保持卫星固定指向，而让地面系统指向卫星？就好比穿针引线，针和线都在动是很难穿的，但针固定不动就容易很多！”

受此启发，创新性的“直捕方案”逐步细化形成。

“复杂的太空环境下，必须要让地面系统准确捕捉到卫星的微小变化，并及时做出调整。”擅长硬件设计的团队成员孟志军建议，“可以在地面系统中加装星间链路的‘体检设备’，最好能够将信号全部采集下来，不漏掉任何微小变化。”最终，团队决定将集信号采集、数据分析、状态诊断等多功能于一体的星间链路地面检测设备装进地面系统。

这群星夜兼程的年轻人提前半年让地面系统就位。2015年3月30日，搭载星间链路载荷的北斗三号首颗卫星成功发射。2024年6月，该团队凭借这项开创性成果获得2023年度国家技术发明奖二等奖。

研究还在进一步推进。该团队透露：“星间链路光频梳精密测量难题的攻克，只是下一代北斗卫星导航系统星间链路技术升级攻关中的一小步。除了超精密测量，我们还计划让星间链路在实现网络持续演进的同时，创造混合链路新机制，并计划突破智能组网技术，赋能未来更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系。”

本文刊于6月10日科技日报07版