北斗卫星导航系统（BDS，简称北斗）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继全球定位系统（GPS）、全球卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。
BDS很难在全球布设地面站，仅靠我国境内地面站建立星地链路，70%以上的境外区域处于观测盲区，对北斗导航系统的全球精密定轨、实时管控和自主运行产生致命影响，这成为北斗导航由区域系统向全球系统发展面临的最大屏障。
国防科技大学教授杨俊带领空间仪器团队持续开展科研攻关，发明大型复杂星座“精密测量链”“全球控制链”“时敏数据链”三链合一的全球星座弹性多模星间链路，在卫星与卫星、卫星与地面站之间架设“天路”，消灭了境外区域观测盲区，让北斗卫星导航系统实现提供全球服务。
今年9月19日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭与远征一号上面级，成功发射第59颗、60颗北斗导航卫星。《中国科学报》记者近日走进国防科技大学，深入了解该校空间仪器团队架设星间链路背后的科研故事。
“陆路”不通架设“天路”
我国因长期受限于境内布站，全球观测弧段只有30%。“这意味着北斗只能观测和服务我国，没法为全球提供服务。”杨俊表示。
一般地，全球卫星导航系统包括空间部分、地面控制部分和用户设备部分。空间部分获取的信息往往不是完全准确的，这就需要空间部分获取信息后与地面端进行校准，这样才能实现高精准度。
美国GPS在世界各地建设了数百上千个地面站，通过地面组网打通了“陆路”，直接为卫星提供运维管控和时空基准，确保GPS的安全稳定运行。
“BDS全球观测弧段只有30%，精度也会有一定影响。”杨俊解释说，GPS布设在地面的每一颗卫星，都可以和地面站连通，这就可以维持很好的数据校准，而BDS在国外没有布设卫星，那些地区就是盲区，精准度也难以保障。
BDS要提供全球服务，就必须打造导航卫星全球一张网，解决这70%的域内观测盲区问题，始终维持高精度的时空基准。
如何破题？既然“陆路”不通，那就另辟蹊径。
为此，国防科技大学空间仪器团队独辟蹊径，尝试在卫星与卫星、卫星与地面站之间架设“天路”，搭建具有数据传输和精密测量功能的无线星间链路。
此前国际上尚无相关经验，更谈不上理论成果。凭借在航天测控平台与卫星通信载荷领域的深厚积淀，空间仪器团队发明了大型复杂星座三链合一的全球星座弹性多模星间链路，解决了“境外卫星连续实时管控”“精密定轨与时间同步”“自主运行”等核心需求，这成为北斗导航系统从区域走向全球的“机括”。
为卫星“铺路”实施管控
所谓星间链路，就是在卫星高速运动条件下快速建立链路，在相距数万公里的卫星间实现厘米级测距精度，在星座几十颗卫星间并行同时建链而互不冲突，在缺乏地面支持情况下仍可长期保持卫星轨道和时间。星间链路作为全球卫星导航系统公认的技术制高点，是世界性的重大科技难题。
此前已有的星间链路，大多是在两颗卫星之间架设一座“独木桥”，只实现了单点静态拓扑、单一传输功能。而北斗星间链路则是要修建整个星座系统的交通网。
目前，我国已成功发射60颗北斗导航卫星，这些卫星由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成，不同轨道的高度不同，最高的超过3.5万公里。每颗卫星的运动速度约为每秒7公里，它们之间的距离很远，有的超过六七万公里。
架设北斗星间链路，首先要让这些卫星始终在正确、可控的轨道上运行。
“以前当卫星在我国领空运行时，因为地面站能和卫星实时校准，这些区域中卫星是受控的。而到了其他国家尤其是进入北极后，卫星往往进入失控状态，飘到其他轨道，地面也无法和空间互联，这种情况下更谈不上传输精准的信息。”国防科技大学智能科学学院副研究员孟志军说。
北斗星间链路兼具测量和传输两大功能，既要满足全球定轨的多星协同精密测量和观测几何强度需求，一颗星与十多颗卫星建链，又要满足实时传输的无中心弹性组网和多系统开放互联需求，国内外均没有可借鉴方案，属于世界性难题，必须从理论和技术上自主创新全面突破。
