不忘初心 堅定篤行

——記清華大學“身邊榜樣”、電子系副教授姚錚

姚錚近照

姚錚，清華大學電子工程系副教授，博士生導師。本科就讀于清華大學電子工程系，2010年獲得清華大學電子工程系博士學位。目前主要研究方向是新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的信號設計與接收技術、區(qū)域無線電導航系統(tǒng)等。他參與了我國自主建設的“北斗三號”衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號體制設計工作，多項科研成果已實際應用在北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)中。目前已發(fā)表學術論文70余篇，出版學術專著2部，其中一部入選“十二五”國家重點圖書出版規(guī)劃項目，作為第一發(fā)明人擁有國際發(fā)明專利授權26項，中國發(fā)明專利授權15項，獲得美國導航學會“早期成就獎”（2017）、清華大學“學術新人獎”（2018）、軍隊科技進步二等獎（2014）等榮譽。

2018年2月，清華大學電子系副教授姚錚被美國導航學會授予2017年“早期成就獎”，以表彰他在衛(wèi)星導航信號設計和多路復用方面取得的開創(chuàng)性貢獻，以及對中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號設計的重要推動作用。

美國導航學會是世界導航領域規(guī)模最大、影響最廣的非贏利性學術組織。早期成就獎于1997年設立，是美國導航學會針對35歲以下青年學者在國際導航領域設立的最高獎，至今共有22位獲獎者，他們中的大多數(shù)人都已經(jīng)成長為國際知名學者。姚錚是獲得該獎的首位中國學者，也是獲此殊榮的首位亞洲學者。

“在迷茫時，堅信你的珍貴，愛你所愛，行你所行，聽從你心，無問西東”，電影《無問西東》里的這句話展現(xiàn)了一代代清華人傳承的那種篤定與堅持。而這種堅定的精神在姚錚身上得到了充分的體現(xiàn)。從事衛(wèi)星導航信號處理的基礎理論與關鍵技術研究多年，姚錚一直在保持著不忘初心的精神，在這一領域堅定篤行著。

勇于攀登，立志報效祖國

2001年，姚錚進入清華大學電子工程系電子信息工程專業(yè)學習，2010年獲清華大學信息與通信工程專業(yè)博士學位，在清華大學近十年的學習生涯，奠定了他在信息與通信工程領域扎實的理論基礎。

姚錚的科研生涯開始于2005年。那一年，他憑借優(yōu)異的成績，獲得了繼續(xù)在清華電子工程系免試直接攻讀博士的資格。懷著報效祖國的理想，他加入了衛(wèi)星導航實驗室，師從馮振明教授。從研究生階段他就開始積極參與到中國自主建設的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的關鍵技術研發(fā)工作中，并由此確立了自己此后十多年的研究方向。

當時正是我國自主建設的衛(wèi)星導航系統(tǒng)——“北斗二號”規(guī)劃設計的時期，系統(tǒng)建設剛剛起步，基礎相對薄弱，無論是衛(wèi)星導航的學術研究，還是北斗接收機的工程研制，都有很多問題亟待解決。憑借著強烈的責任感與勇于攀登、敢于超越的進取意識，在實驗室老師們的信任、支持與鼓勵下，姚錚在攻讀博士學位期間，參與了多項北斗重大專項關鍵技術攻關課題，也解決了北斗系統(tǒng)中的多項關鍵問題，積累了大量的學術研究和工程開發(fā)經(jīng)驗，并獲得了“清華大學優(yōu)秀博士畢業(yè)生”稱號，博士論文被評為清華大學優(yōu)秀博士學位論文。

2009年，在姚錚臨近完成博士論文之際，他得知“北斗三號”衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設即將啟動，而自己的研究方向正是北斗系統(tǒng)建設最需要的關鍵核心之一，而且里面還有大量技術問題亟待攻關解決，就毅然放棄了各種外部誘惑，選擇在清華大學電子工程系任教，成為一名助理教授，投身國防科研領域，繼續(xù)深入?yún)⑴c到北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)重大項目的建設中，并培養(yǎng)學生，為我國的國防航天事業(yè)繼續(xù)輸送人才。

迎難而上，服務國家重大需求

2010年，國家啟動了北斗三號衛(wèi)星導航系統(tǒng)的信號設計任務，姚錚有幸加入到北斗三號的信號設計團隊之中。信號設計是北斗三號系統(tǒng)的三大核心技術之一。但由于我國的衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設晚于美國和歐洲，不僅可用的頻譜資源極其有限，而且信號設計的關鍵技術也遭受專利封鎖，設計約束更加嚴苛。如何極端不利的條件下設計出自主可控而且性能更加先進的信號體制，成為擺在姚錚及其合作者面前的一個重大難題。

面對技術挑戰(zhàn)和國家建設急需，姚錚選擇迎難而上。他認為，科研方向的選擇，既要站到國際最前沿，又必須能夠服務國家重大需求。自力更生自主創(chuàng)新的信念成為姚錚不斷開拓的動力。他原創(chuàng)性地提出了多載波恒包絡復合導航信號的概念，并在此基礎上提出了兩種自主創(chuàng)新的衛(wèi)星導航信號結構，解決了導航信號設計在測距性能提升與功率帶寬受限之間的矛盾，而且有效規(guī)避了歐美在衛(wèi)星導航信號體制上的專利封鎖，為北斗系統(tǒng)核心技術的自主可控貢獻了力量。上述信號已被北斗三號衛(wèi)星導航系統(tǒng)采用，正式部署在北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星上向全球播發(fā)，并以接口控制文件形式在國務院新聞辦舉行的新聞發(fā)布會上向全世界公開發(fā)布。相關的專利也被列為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)核心專利。

交流研究成果

隨著導航應用領域的不斷擴展、服務需求的不斷細化，新一代北斗三號系統(tǒng)的信號數(shù)量多，信號結構復雜，而且為了兼顧與北斗二號系統(tǒng)之間的平穩(wěn)過渡，星上多信號分量的復用難度大，國際上并無先例。信號設計還必須同時兼顧可用頻帶資源的限制、衛(wèi)星載荷的復雜度和功耗的限制、測距精度和抗干擾能力的要求、接收復雜度的限制、系統(tǒng)之間射頻兼容和互操作的要求，以及后向兼容等需求。需要同時滿足這么多設計約束，姚錚把這稱作就像“帶著鐐銬跳舞”，無論是設計難度還是實現(xiàn)難度都很大，其中一些設計需求甚至當時的已有技術都難以實現(xiàn)的。

在衛(wèi)星導航信號恒包絡復用理論研究方面，姚錚將恒包絡復用的適用性從單頻雙極性拓展到多頻多極性情況，并建立了統(tǒng)一的恒包絡復用設計理論體系。2016年，姚錚基于自主提出的多頻多分量恒包絡復用設計技術，又為北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星設計了星上多信號分量復用方案，解決了雙頻多分量復用、單邊帶調(diào)制復用、復波形信號的復用等難題。經(jīng)星地對接測試，該方案性能優(yōu)異，目前已實施在北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星上。

頂天立地，不斷探索開拓

在每一個研究方向上，姚錚都始終堅持著做“頂天立地”的科研的態(tài)度：辛苦得來的研究成果不應束之高閣。技術要走到國際最前沿，同時成果要滿足國家的需求。“技術要頂天，應用要落地。”這是姚錚始終堅守的科研路徑，他也是這么做的。

2016年，姚錚提出的地基導航系統(tǒng)信號體制解決了北斗地基導航系統(tǒng)的遠近效應問題，并突破了跳時直接擴頻信號高精度相位鎖定、收發(fā)一體導航基站的快速組網(wǎng)及時間同步等多項核心關鍵技術。基于該信號體制，他帶領團隊研制開發(fā)了北斗地基導航系統(tǒng)基站原理樣機，并開展了有線測試和小規(guī)模外場測試，測距精度和組網(wǎng)精度指標均達到國際領先水平。

在國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）的支持下，2013年姚錚帶領團隊研制成功國際上第一個可同時實時接收處理包括美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐洲伽利略系統(tǒng)、中國北斗系統(tǒng)、日本準天頂導航系統(tǒng)在內(nèi)的五大系統(tǒng)全部16種民用信號并聯(lián)合定位的軟件接收機。并利用該接收機，于2013年5月5日凌晨在中國境內(nèi)首次接收到在軌的4顆Galileo衛(wèi)星信號并實現(xiàn)三維定位，不僅驗證了Galileo信號的實際服務精度，還為北斗全球信號設計提供重要參考。成果獲得歐洲空間局（ESA）頒布的證書。

姚錚被美國導航學會授予2017年“早期成就獎”

2016年，姚錚將他多年來在衛(wèi)星導航信號處理方向上的研究成果與思考心得整理成一本學術專著——《新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號設計原理與實現(xiàn)技術》，由電子工業(yè)出版社出版。這是國際上第一本深入系統(tǒng)論述新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號設計理論與技術的學術專著，全面闡述了衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號設計中的基本概念、基礎理論以及各項關鍵技術，并從導航信號的基本要素出發(fā)，把信號設計的傳統(tǒng)技術與新發(fā)展的先進技術納入到一個通用框架下。姚錚希望能通過這本書直接將讀者送到衛(wèi)星導航信號處理相關領域的最前沿去，而且能夠更深層地理解導航信號技術背后的科學問題，從而產(chǎn)生更多創(chuàng)新的思路，貢獻到未來北斗系統(tǒng)的研究和建設中去。這本書由北斗系統(tǒng)前總設計師、“兩彈一星”元勛孫家棟院士，和北斗系統(tǒng)前副總設計師譚述森院士分別作序，入選了“十二五”國家重點圖書出版規(guī)劃項目和“北斗系統(tǒng)與應用出版工程”。

“在他人看來，從事科研工作難免會感覺枯燥，尤其是從事國防科研工作，需要‘干驚天動地事，做隱姓埋名人’的奉獻精神，能夠向外界公布能夠被看到的工作成績，只能是工作總量的冰山一角。”姚錚說，“但是作為一名科研人員，對自己的研究領域理解越深，就越能體會到其中工作的樂趣。特別是在參與到國家重大科研項目中的時候，身上就有一種責任感。可能這項工作看起來很難，但通過不斷地探索與開拓，將這些難題解決后，心中的成就感是難以言喻的。”

（清華新聞網(wǎng)1月11日電）

供稿：電子系 編輯：趙姝婧 李華山 審核：周襄楠