全球首创！清华团队重新定义全球性导航

近日

教育部公布了2025年科学研究优秀成果奖

（自然科学和工程技术）的获奖名单

清华大学智能微系统与纳卫星团队的

全球性光学导航定位技术与系统

获评工程技术奖特等奖

当GPS信号干扰让飞机轮船举步维艰

当城市导航因意外干扰陷入瘫痪

当深空探测面临无导航信号的困境

清华大学智能微系统与纳卫星团队

深耕二十载

一举破解

在“卫星无线电拒止环境”下

（通过技术手段在特定区域内

使卫星导航系统失效）

“卫星无线电无法定位”

“天文光学定位精度差”

这两大行业瓶颈

纳星四号A/B星发射任务出征仪式

从古人仰观天象辨别方向

到如今我们不仅仰望星空

更能创造“星空”

清华团队用一颗颗发光卫星

织就全球导航网络

以光为标，指引航向

把“灯塔”送上太空

用光信号指引航向

“古代水手依赖灯塔导航

而我们做的是把‘灯塔’搬到太空

让发光卫星代替‘灯塔’成为可靠的光信号

为万物指引航向”

团队负责人、清华大学精密仪器系（以下简称：精仪系）教授

邢飞的这番话

精准概括了这项获奖成果的灵感来源

光，是人类最早的导航密钥

进入卫星通信时代

GPS、北斗等无线电导航系统

已成为现代社会不可或缺的导航基础设施

“卫星无线电信号虽传播能力强

却难以抵挡恶意干扰”

邢飞说

传统导航系统存在难以突破的短板

即便是基于恒星的天文导航

也面临信源微弱、链路不稳等局限

“导航危机”在现代社会始终存在

导航纳卫星核心技术机理图

光学导航正是在这样的背景下应运而生

这套以光学信号为载体

以测角定位为核心的全球导航系统

它是在卫星上搭载大功率、宽覆盖的

光学信标源

向空间发射携带导航编码信息的光信号

当地面接收机捕获信号后

结合卫星精密轨道

通过极坐标原理即可完成自身定位

团队以此构建起了

光学式“信源基准-传递链路-测量仪器”

全新导航架构

清华纳卫星发射与全球性光学导航技术

“光波的波长极短

只能直线传播

干扰信号无法通过绕射

进入到接收机的视场范围内”

光学导航不仅拥有抗干扰的天然优势

更通过可控的太空光学信标

弥补了天文光学导航的信源缺陷

从原理方法到应用模式完成了全方位革新

团队在文昌卫星发射中心

海边的灯塔只能指引方向

却无法传递位置信息

“我们要让太空‘灯塔’既指明方向

更能为用户提供精确位置”

团队助理研究员、清华大学精仪系博士毕业生

柳鑫元认为

把“灯塔”搬上太空

远比海面建灯塔复杂千倍

团队既要让太空“灯塔”的光信号

突破天地阻隔稳定传递

还要攻克多星协同、全域覆盖的组网难题

每一步都是全新的挑战

而团队的攻坚之旅

早在二十年前便已启程

二十年磨一剑

从零起步织就全球光学导航网

“这项成果不是一蹴而就的

纳卫星的研发到全球导航网络

这二十年里我们每一步都走得很扎实”

2002年

刚进入精仪系攻读博士学位的邢飞

在精仪系教授尤政的带领下

毅然投身于空间光学敏感器研究中

他回忆道

“那时候我国在空间领域

对于光学敏感器的研发还未能应用落地

所有技术都要从零开始”

2004年

我国圆满完成

包含清华纳星一号的“9箭11星”发射任务

这在当时已经属于发射数量的“大年”了

当时尤政老师坚信

“纳卫星是航天技术研究的先行军

也是大学从事航天创新研究的重要抓手”

团队组会讨论

团队从最基础的光学敏感器研发入手

一点点攻克技术难关

早期的光学敏感器重达十几公斤

根本无法适配小型卫星

团队的目标是把它做到百克级

让更多卫星都能应用

这一过程耗费了整整十年

在2015年清华大学研制的纳星二号上试验成功

目前已经成为了中国卫星空间网络

和商业航天领域的主打型号产品

“科研最需要的就是久久为功的坚守”

尤政常挂在嘴边的这句话

是精仪人精神的真实写照

团队曾在寒冬赴兴隆山上开展外场试验

气温低至键盘结冰

队员们身披军大衣、裹着棉被调试设备

为一个技术参数

常常连续研讨、调试十余个小时

反复验证、不断优化

2004年

团队完成首颗纳卫星的研制与发射

2012年

团队攻克光学敏感器等核心技术

2015年

团队研制发射纳星二号卫星

2018年

团队首次利用恒星敏感器

完成卫星光学信标的观测实验

为光学导航奠定了基础

2023年

搭载商业卫星完成光学导航进一步测试验证

团队正式提交卫星发射申请

2024年

团队迎来了关键突破

分别在酒泉和文昌卫星发射中心

发射了4颗光学导航清华纳卫星

构成了初代验证星座

并在国际上首次实现了

飞机、舰船等载体的全球性光学导航验证

清华大学智能微系统团队三十周年庆祝大会

二十年间

团队完成了三次关键跨越

从十公斤到百克的光学敏感器微型化

解决了“能不能使用”的问题

从单一卫星技术到卫星、载荷、飞机多载体应用

解决了“能不能复用”的问题

从只有姿态测量到定姿定位导航一体化

解决了“能不能通用”的问题

让光学导航覆盖全球

为万物精准定位

“我们的技术

不仅要为车辆、飞机、舰船找到物理坐标

更要为中国导航技术找到在全球的领先坐标

为国家空间安全找到自主可控的坐标”

如今，这项技术

正从多个维度定义着全球导航的新高度

空间光学敏感器批量化制造

该项目首创全球光学导航定位新方法

目前已构建起了由11颗卫星组成的光学导航星座

它作为北斗卫星导航系统的重要补充

为我国全球导航、遥感定位、深空探测等

重大战略提供核心技术支撑

依托项目的核心技术

团队实现航天产品标准化、国际化

相关产品已销往美、英、法等近20个国家

在航天与导航领域打造出中国品牌

形成了广泛的国际影响力

团队回顾技术发展历程

未来

在低空经济领域

团队计划与现有的通信基础设施结合

构建光学导航增强网络

解决无人机、自动驾驶车辆

在隧道、复杂路况下的导航盲区问题

邢飞介绍道

“低空经济对导航的精准度和抗干扰性要求极高

光学导航正好能满足这些需求”

在深空探测领域

光学导航更是能发挥不可替代的作用

在月球等没有GPS信号的区域

仅需一颗轨道飞行器作为“光学信标”

就能为着陆器提供精准导航

“深空探测中

传统导航信号无法覆盖

而光学导航不需要地面基站支持

仅靠卫星间的光信号就能实现定位

是深空任务的理想选择”

邢飞说

目前团队的技术已参与到

月球科学多个国家重大计划中

未来还将应用于更远距离的深空探测任务

团队实践课程

在技术创新与应用的同时

团队始终坚持

科研与人才培养一体化

在学校的支持下

团队开设了

“智能微系统与微纳卫星”实践课程

让学生从软件仿真到硬件组装

全程参与卫星研制的各个环节

“我们的卫星全是老师带着学生一起动手做的”

团队成员柳鑫元在读博期间就参与其中

收获颇丰

同学们加入实验室后

从立方星模型的搭建

到卫星控制算法的编程

再到光学敏感器的组装调试

在实践中掌握了核心技术

也激发了科研志趣

为未来投身于航天行业打下了坚实的基础

清华大学智能微系统团队2024届毕业生合影

二十载深耕

他们将科研成果镌刻太空

一束光领航

他们将光学星网织编全球

清华大学智能微系统团队

秉持久久为功的科研初心

以耐得住寂寞的坚守

勇攀高峰、攻坚克难

“九天遍布纳星日

仰望岂止是星空”

未来

随着全球光学导航网的逐步建成

这束源自中国的光

必将照亮更多前行之路

为全球导航发展

注入中国智慧、贡献中国力量

文丨杨滨华

视频 | 视频中心

摄影丨曹文鹏、受访者提供

排版｜王一荃

编辑丨吕婷

责编｜苑洁

审核｜刘蔚如

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