時(shí)間精度控制在億分之一秒！河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生團(tuán)隊(duì)這樣“參北斗”

說(shuō)起北斗，大家并不陌生，古代，人們通過(guò)北斗七星來(lái)辨認(rèn)方向，現(xiàn)在，北斗系統(tǒng)是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常用到的導(dǎo)航。

現(xiàn)如今，北斗系統(tǒng)已經(jīng)遍及我們的日常生活，無(wú)論是指路，工作、還是游戲都具有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，在日常生活中用不到這么高精度的授時(shí)，但是在航天、金融、通信、電力等關(guān)系國(guó)計(jì)民生的領(lǐng)域，擁有獨(dú)立精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)能力和穩(wěn)定可靠的授時(shí)能力十分重要。

近日，在中國(guó)國(guó)際大學(xué)生創(chuàng)新大賽（2024）河南省選拔賽中，河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)?wèi){借“華芯時(shí)空——北斗導(dǎo)航系統(tǒng)高精度定位授時(shí)模塊”項(xiàng)目，獲得一等獎(jiǎng)。

該團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)兩年多時(shí)間，通過(guò)對(duì)設(shè)備級(jí)接收機(jī)進(jìn)行功能裁剪，程序移植、適配、調(diào)試等工作，成功研發(fā)出DO-033模塊。這個(gè)看起來(lái)只有半個(gè)手掌大小的路板，卻能將定位精度達(dá)到1米，時(shí)間精度控制到億分之一秒，團(tuán)隊(duì)的這個(gè)成績(jī)放眼國(guó)內(nèi)也能位居全國(guó)第一梯隊(duì)。

目前市面北斗接收機(jī)主要分為芯片級(jí)、模塊級(jí)和設(shè)備級(jí)三大類型產(chǎn)品，分別適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，但優(yōu)缺點(diǎn)也非常明顯。芯片級(jí)體積小、價(jià)格低、但精度差，適用于物聯(lián)網(wǎng)、個(gè)人終端等民用設(shè)備，比如我們的手機(jī)里面的就是芯片級(jí)北斗接收機(jī)；大型設(shè)備級(jí)接收機(jī)精度高，但體積大、價(jià)格高，適用于工業(yè)、軍工等領(lǐng)域；在通信、信號(hào)處理、軟件無(wú)線電等對(duì)性能、體積、價(jià)格都有折中需求的領(lǐng)域，就需要模塊級(jí)接收機(jī)。據(jù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人孫嵩斐介紹，目前國(guó)內(nèi)的模塊級(jí)產(chǎn)品定位、時(shí)間精度低、體積大、電磁兼容優(yōu)化性差導(dǎo)致穩(wěn)定性差，國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)缺少一款功能全、精度高、價(jià)格低、體積小、穩(wěn)定性好的模塊級(jí)接收機(jī)，這也是他們做這個(gè)項(xiàng)目的出發(fā)點(diǎn)。

兩年時(shí)間，無(wú)數(shù)個(gè)日夜，啃原理、想方法、做實(shí)驗(yàn)……在歷經(jīng)數(shù)次迭代后，團(tuán)隊(duì)終于成功研發(fā)出了DO-033模塊，在保證性能的同時(shí)兼顧體積，極大地滿足了對(duì)體積和性能都有需求的應(yīng)用場(chǎng)景。目前，DO-033模塊已進(jìn)行第三方權(quán)威檢測(cè)，在定位、時(shí)間、頻率、精度等關(guān)鍵指標(biāo)全面領(lǐng)先，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的性能，雖然體積比進(jìn)口產(chǎn)品略大，但是價(jià)格不到其一半。

一個(gè)小模塊，竟然有這么大的能量，團(tuán)隊(duì)是咋做到的？除了定位精度達(dá)到1米，時(shí)間準(zhǔn)確度達(dá)到10納秒，頻率準(zhǔn)確度達(dá)到2*10-12之外，該團(tuán)隊(duì)在研發(fā)中，還突破了兩大技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，一是采用一片以FPGA為核心的高速時(shí)頻處理硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)，處理精度提升一倍以上，體積減少約50%；二是采用高低壓模數(shù)電混合電磁兼容優(yōu)化技術(shù)，提高電路密度，減小體積，保證電路穩(wěn)定性，將體積進(jìn)一步減小約30%。

回顧研究過(guò)程，團(tuán)隊(duì)的每個(gè)人都深刻認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性，在學(xué)院劉擁軍博士和陳群副教授的指導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)從市場(chǎng)調(diào)研、痛點(diǎn)分析、技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)品落地，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要成員間相互配合完成，大家各展所長(zhǎng)、交流提升，不斷開拓思維，確保了項(xiàng)目在每個(gè)階段的順利推進(jìn)和最終實(shí)現(xiàn)。

目前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成立公司，申請(qǐng)了8項(xiàng)專利，授權(quán)3項(xiàng)，其高超的技術(shù)水準(zhǔn)讓多家單位和企業(yè)拋來(lái)合作“橄欖枝”，其打造的產(chǎn)品已在學(xué)校校企合作單位完成150套代加工小批量生產(chǎn)，經(jīng)在無(wú)線電、通信等領(lǐng)域試用后，反響良好。其中，在軟件無(wú)線電行業(yè)，武漢一家公司考察后，直接采用該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的模塊代替了原有的進(jìn)口模塊，該模塊在保證性能的情況下，成本降低了一倍；在時(shí)頻系統(tǒng)集成行業(yè)，鄭州一家公司試用該模塊代替原進(jìn)口模塊后，單個(gè)設(shè)備成本降低8000多元；在信號(hào)處理行業(yè)，鄭州、成都各一家公司使用該模塊代替原有國(guó)產(chǎn)模塊，體積減小了約30%，性能提升50%以上；在應(yīng)急救災(zāi)通信系統(tǒng)，一頭部企業(yè)采用該模塊替代其原有國(guó)產(chǎn)模塊，價(jià)格相當(dāng)?shù)那闆r下，通信速率提升了約80%。截至目前，該項(xiàng)目已直接帶動(dòng)就業(yè)13人，未來(lái)可間接帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈就業(yè)超200余人。

據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)未來(lái)還將充分發(fā)揮技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，推出功能更齊全，性能更高的北斗模塊級(jí)接收機(jī)，提升設(shè)備的國(guó)產(chǎn)自主化程度和抗干擾性能，讓（北斗）天上好用，（DO-033模塊）地上用好，助力學(xué)校學(xué)科建設(shè)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)學(xué)互惠，推動(dòng)我國(guó)北斗模塊實(shí)現(xiàn)換道超車。本項(xiàng)目也作為典型案例被運(yùn)用到省級(jí)重點(diǎn)教改項(xiàng)目當(dāng)中。

來(lái)源：河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院