光学导航定位给“北斗”添准星 清华团队20年攻关成果

清华大学智能微系统与纳卫星团队历经20年努力，成功研发出全球性光学导航定位技术与系统。这项技术在国际上实现首创，成为北斗系统的有力补充，显著提升了我国导航体系的安全性和可靠性。相关产品已出口至近20个国家。

传统无线电导航易受干扰，在复杂的电磁环境下可能出现信号失效。天文光学导航则存在信源微弱、精度不足等问题。清华精密仪器系教授邢飞举例说明，手机导航有时会弹出“请水平转动手机以校准方向”等提示，或干脆无法刷新位置。这是因为无线电系统只能测距，无法直接确定方向，而内置的电子罗盘等方向传感器一旦受到干扰就会失效。

为解决这些问题，清华团队在卫星上搭载了高亮度光学信标。原理类似于古人通过北极星辨认方向，但只能大概指个方向。光学导航卫星像是距离地球几百公里的“北极星”，地面设备通过接收它发射的光学信号，再根据卫星轨道数据等信息，可以精确计算出自己的位置和朝向。

虽然距离地球相对较近，但从数百公里的轨道高度发出的数据，即便出现微小的角度误差，也会影响导航的精准性。在800公里的高度上发射光学信号，如果测量角度偏差0.1度，定位误差就可能达到公里级。为此，团队结合星敏感器技术、太阳敏感器技术和激光测量技术，不断调试，最终大幅提升了光学相机的分辨率，将测量精度提高到千分之五个像素。

光波直线传播的特性使这套系统具备天然抗干扰能力，保障了导航数据的稳定和安全输出。目前，团队已构建起由11颗卫星组成的光学导航星座，并突破了光学敏感器微型化瓶颈，实现了从十公斤到百克级的跨越。

未来，团队计划在约816公里的近地轨道上部署37颗卫星，实现对地球南北纬60度以内区域的全球覆盖。这是全球绝大部分人口和经济活动的区域。这项技术拥有广阔的应用前景，将为低空经济、深空探测等领域提供全新解决方案。团队还计划与现有通信基础设施结合，构建光学导航增强网络，解决无人机、自动驾驶车辆在隧道和复杂路况下的导航盲区问题。