不忘初心 堅(jiān)定篤行

——記清華大學(xué)“身邊榜樣”、電子系副教授姚錚

姚錚近照

姚錚，清華大學(xué)電子工程系副教授，博士生導(dǎo)師。本科就讀于清華大學(xué)電子工程系，2010年獲得清華大學(xué)電子工程系博士學(xué)位。目前主要研究方向是新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)計(jì)與接收技術(shù)、區(qū)域無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航系統(tǒng)等。他參與了我國(guó)自主建設(shè)的“北斗三號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)體制設(shè)計(jì)工作，多項(xiàng)科研成果已實(shí)際應(yīng)用在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中。目前已發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇，出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著2部，其中一部入選“十二五”國(guó)家重點(diǎn)圖書(shū)出版規(guī)劃項(xiàng)目，作為第一發(fā)明人擁有國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)26項(xiàng)，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)15項(xiàng)，獲得美國(guó)導(dǎo)航學(xué)會(huì)“早期成就獎(jiǎng)”（2017）、清華大學(xué)“學(xué)術(shù)新人獎(jiǎng)”（2018）、軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（2014）等榮譽(yù)。

2018年2月，清華大學(xué)電子系副教授姚錚被美國(guó)導(dǎo)航學(xué)會(huì)授予2017年“早期成就獎(jiǎng)”，以表彰他在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)設(shè)計(jì)和多路復(fù)用方面取得的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)，以及對(duì)中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)設(shè)計(jì)的重要推動(dòng)作用。

美國(guó)導(dǎo)航學(xué)會(huì)是世界導(dǎo)航領(lǐng)域規(guī)模最大、影響最廣的非贏(yíng)利性學(xué)術(shù)組織。早期成就獎(jiǎng)于1997年設(shè)立，是美國(guó)導(dǎo)航學(xué)會(huì)針對(duì)35歲以下青年學(xué)者在國(guó)際導(dǎo)航領(lǐng)域設(shè)立的最高獎(jiǎng)，至今共有22位獲獎(jiǎng)?wù)?，他們中的大多?shù)人都已經(jīng)成長(zhǎng)為國(guó)際知名學(xué)者。姚錚是獲得該獎(jiǎng)的首位中國(guó)學(xué)者，也是獲此殊榮的首位亞洲學(xué)者。

“在迷茫時(shí)，堅(jiān)信你的珍貴，愛(ài)你所愛(ài)，行你所行，聽(tīng)從你心，無(wú)問(wèn)西東”，電影《無(wú)問(wèn)西東》里的這句話(huà)展現(xiàn)了一代代清華人傳承的那種篤定與堅(jiān)持。而這種堅(jiān)定的精神在姚錚身上得到了充分的體現(xiàn)。從事衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)處理的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究多年，姚錚一直在保持著不忘初心的精神，在這一領(lǐng)域堅(jiān)定篤行著。

勇于攀登，立志報(bào)效祖國(guó)

2001年，姚錚進(jìn)入清華大學(xué)電子工程系電子信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，2010年獲清華大學(xué)信息與通信工程專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位，在清華大學(xué)近十年的學(xué)習(xí)生涯，奠定了他在信息與通信工程領(lǐng)域扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

姚錚的科研生涯開(kāi)始于2005年。那一年，他憑借優(yōu)異的成績(jī)，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(bào)效祖國(guó)的理想，他加入了衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)室，師從馮振明教授。從研究生階段他就開(kāi)始積極參與到中國(guó)自主建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)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(dāng)時(shí)正是我國(guó)自主建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——“北斗二號(hào)”規(guī)劃設(shè)計(jì)的時(shí)期，系統(tǒng)建設(shè)剛剛起步，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，無(wú)論是衛(wèi)星導(dǎo)航的學(xué)術(shù)研究，還是北斗接收機(jī)的工程研制，都有很多問(wèn)題亟待解決。憑借著強(qiáng)烈的責(zé)任感與勇于攀登、敢于超越的進(jìn)取意識(shí)，在實(shí)驗(yàn)室老師們的信任、支持與鼓勵(lì)下，姚錚在攻讀博士學(xué)位期間，參與了多項(xiàng)北斗重大專(zhuān)項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)課題，也解決了北斗系統(tǒng)中的多項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題，積累了大量的學(xué)術(shù)研究和工程開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并獲得了“清華大學(xué)優(yōu)秀博士畢業(yè)生”稱(chēng)號(hào)，博士論文被評(píng)為清華大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)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(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)即將啟動(dòng)，而自己的研究方向正是北斗系統(tǒng)建設(shè)最需要的關(guān)鍵核心之一，而且里面還有大量技術(shù)問(wèn)題亟待攻關(guān)解決，就毅然放棄了各種外部誘惑，選擇在清華大學(xué)電子工程系任教，成為一名助理教授，投身國(guó)防科研領(lǐng)域，繼續(xù)深入?yún)⑴c到北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重大項(xiàng)目的建設(shè)中，并培養(yǎng)學(xué)生，為我國(guó)的國(guó)防航天事業(yè)繼續(xù)輸送人才。

迎難而上，服務(wù)國(guó)家重大需求

2010年，國(guó)家啟動(dòng)了北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)計(jì)任務(wù)，姚錚有幸加入到北斗三號(hào)的信號(hào)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之中。信號(hào)設(shè)計(jì)是北斗三號(hào)系統(tǒng)的三大核心技術(shù)之一。但由于我國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)晚于美國(guó)和歐洲，不僅可用的頻譜資源極其有限，而且信號(hào)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)也遭受專(zhuān)利封鎖，設(shè)計(jì)約束更加嚴(yán)苛。如何極端不利的條件下設(shè)計(jì)出自主可控而且性能更加先進(jìn)的信號(hào)體制，成為擺在姚錚及其合作者面前的一個(gè)重大難題。

面對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)和國(guó)家建設(shè)急需，姚錚選擇迎難而上。他認(rèn)為，科研方向的選擇，既要站到國(guó)際最前沿，又必須能夠服務(wù)國(guó)家重大需求。自力更生自主創(chuàng)新的信念成為姚錚不斷開(kāi)拓的動(dòng)力。他原創(chuàng)性地提出了多載波恒包絡(luò)復(fù)合導(dǎo)航信號(hào)的概念，并在此基礎(chǔ)上提出了兩種自主創(chuàng)新的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)結(jié)構(gòu)，解決了導(dǎo)航信號(hào)設(shè)計(jì)在測(cè)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(dǎo)航信號(hào)體制上的專(zhuān)利封鎖，為北斗系統(tǒng)核心技術(shù)的自主可控貢獻(xiàn)了力量。上述信號(hào)已被北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用，正式部署在北斗三號(hào)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(guó)務(wù)院新聞辦舉行的新聞發(fā)布會(huì)上向全世界公開(kāi)發(fā)布。相關(guān)的專(zhuān)利也被列為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)核心專(zhuān)利。

交流研究成果

隨著導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展、服務(wù)需求的不斷細(xì)化，新一代北斗三號(hào)系統(tǒng)的信號(hào)數(shù)量多，信號(hào)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且為了兼顧與北斗二號(hào)系統(tǒng)之間的平穩(wěn)過(guò)渡，星上多信號(hào)分量的復(fù)用難度大，國(guó)際上并無(wú)先例。信號(hào)設(shè)計(jì)還必須同時(shí)兼顧可用頻帶資源的限制、衛(wèi)星載荷的復(fù)雜度和功耗的限制、測(cè)距精度和抗干擾能力的要求、接收復(fù)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(shí)滿(mǎn)足這么多設(shè)計(jì)約束，姚錚把這稱(chēng)作就像“帶著鐐銬跳舞”，無(wú)論是設(shè)計(jì)難度還是實(shí)現(xiàn)難度都很大，其中一些設(shè)計(jì)需求甚至當(dāng)時(shí)的已有技術(shù)都難以實(shí)現(xiàn)的。

在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)恒包絡(luò)復(fù)用理論研究方面，姚錚將恒包絡(luò)復(fù)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(luò)復(fù)用設(shè)計(jì)理論體系。2016年，姚錚基于自主提出的多頻多分量恒包絡(luò)復(fù)用設(shè)計(jì)技術(shù)，又為北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星設(shè)計(jì)了星上多信號(hào)分量復(fù)用方案，解決了雙頻多分量復(fù)用、單邊帶調(diào)制復(fù)用、復(fù)波形信號(hào)的復(fù)用等難題。經(jīng)星地對(duì)接測(cè)試，該方案性能優(yōu)異，目前已實(shí)施在北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星上。

頂天立地，不斷探索開(kāi)拓

在每一個(gè)研究方向上，姚錚都始終堅(jiān)持著做“頂天立地”的科研的態(tài)度：辛苦得來(lái)的研究成果不應(yīng)束之高閣。技術(shù)要走到國(guó)際最前沿，同時(shí)成果要滿(mǎn)足國(guó)家的需求。“技術(shù)要頂天，應(yīng)用要落地。”這是姚錚始終堅(jiān)守的科研路徑，他也是這么做的。

2016年，姚錚提出的地基導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)體制解決了北斗地基導(dǎo)航系統(tǒng)的遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題，并突破了跳時(shí)直接擴(kuò)頻信號(hào)高精度相位鎖定、收發(fā)一體導(dǎo)航基站的快速組網(wǎng)及時(shí)間同步等多項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)?；谠撔盘?hào)體制，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制開(kāi)發(fā)了北斗地基導(dǎo)航系統(tǒng)基站原理樣機(jī)，并開(kāi)展了有線(xiàn)測(cè)試和小規(guī)模外場(chǎng)測(cè)試，測(cè)距精度和組網(wǎng)精度指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）的支持下，2013年姚錚帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制成功國(guó)際上第一個(gè)可同時(shí)實(shí)時(shí)接收處理包括美國(guó)GPS、俄羅斯格洛納斯、歐洲伽利略系統(tǒng)、中國(guó)北斗系統(tǒng)、日本準(zhǔn)天頂導(dǎo)航系統(tǒng)在內(nèi)的五大系統(tǒng)全部16種民用信號(hào)并聯(lián)合定位的軟件接收機(jī)。并利用該接收機(jī)，于2013年5月5日凌晨在中國(guó)境內(nèi)首次接收到在軌的4顆Galileo衛(wèi)星信號(hào)并實(shí)現(xiàn)三維定位，不僅驗(yàn)證了Galileo信號(hào)的實(shí)際服務(wù)精度，還為北斗全球信號(hào)設(shè)計(jì)提供重要參考。成果獲得歐洲空間局（ESA）頒布的證書(shū)。

姚錚被美國(guó)導(dǎo)航學(xué)會(huì)授予2017年“早期成就獎(jiǎng)”

2016年，姚錚將他多年來(lái)在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)處理方向上的研究成果與思考心得整理成一本學(xué)術(shù)專(zhuān)著——《新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)技術(shù)》，由電子工業(yè)出版社出版。這是國(guó)際上第一本深入系統(tǒng)論述新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)設(shè)計(jì)理論與技術(shù)的學(xué)術(shù)專(zhuān)著，全面闡述了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)設(shè)計(jì)中的基本概念、基礎(chǔ)理論以及各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并從導(dǎo)航信號(hào)的基本要素出發(fā)，把信號(hào)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)技術(shù)與新發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)納入到一個(gè)通用框架下。姚錚希望能通過(guò)這本書(shū)直接將讀者送到衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)處理相關(guān)領(lǐng)域的最前沿去，而且能夠更深層地理解導(dǎo)航信號(hào)技術(shù)背后的科學(xué)問(wèn)題，從而產(chǎn)生更多創(chuàng)新的思路，貢獻(xiàn)到未來(lái)北斗系統(tǒng)的研究和建設(shè)中去。這本書(shū)由北斗系統(tǒng)前總設(shè)計(jì)師、“兩彈一星”元?jiǎng)讓O家棟院士，和北斗系統(tǒng)前副總設(shè)計(jì)師譚述森院士分別作序，入選了“十二五”國(guó)家重點(diǎn)圖書(shū)出版規(guī)劃項(xiàng)目和“北斗系統(tǒng)與應(yīng)用出版工程”。

“在他人看來(lái)，從事科研工作難免會(huì)感覺(jué)枯燥，尤其是從事國(guó)防科研工作，需要‘干驚天動(dòng)地事，做隱姓埋名人’的奉獻(xiàn)精神，能夠向外界公布能夠被看到的工作成績(jī)，只能是工作總量的冰山一角。”姚錚說(shuō)，“但是作為一名科研人員，對(duì)自己的研究領(lǐng)域理解越深，就越能體會(huì)到其中工作的樂(lè)趣。特別是在參與到國(guó)家重大科研項(xiàng)目中的時(shí)候，身上就有一種責(zé)任感?？赡苓@項(xiàng)工作看起來(lái)很難，但通過(guò)不斷地探索與開(kāi)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