●　文 |　文亮

導航與位置服務是國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和社會民生依賴的重大基礎設施。目前全球已有四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)，但是室內(nèi)無信號，人們80%的時間在室內(nèi)，在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，70%的基于手機對話連接和消費、支付行為及80%的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入都發(fā)生在室內(nèi)，室內(nèi)3D位置數(shù)據(jù)成為物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)的重要支撐。室內(nèi)定位導航面臨重大難題。

無線網(wǎng)絡定位屬于非衛(wèi)星導航技術，發(fā)達國家進行了20多年的探索，前10年，主要研究地面廣域無線網(wǎng)定位，但難以提高精度。隨著通信技術的發(fā)展，后10年，主要研究局域網(wǎng)定位技術，但覆蓋范圍小。廣域網(wǎng)定位雖然覆蓋面積大，但精度在百米量級；局域網(wǎng)定位技術雖然精度較高，但規(guī)模應用成本高。無法同時滿足覆蓋面積大、定位精度高的兩個條件。如何實現(xiàn)廣覆蓋、高精度、低成本定位成為國際性難題。

一、創(chuàng)建廣域無線網(wǎng)絡室內(nèi)定位理論

北京郵電大學鄧中亮教授團隊研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)信號突變現(xiàn)象，創(chuàng)建了廣域無線網(wǎng)絡室內(nèi)定位理論方法，解決了無線多徑測量定位的難題。在無線網(wǎng)絡定位基礎之上，發(fā)明了多網(wǎng)多源融合定位新技術，解決了無線信號盲區(qū)定位問題，通過理論方法、關鍵技術的突破，實現(xiàn)了無線網(wǎng)絡定位導航綜合工程應用，在國家重大工程建設中發(fā)揮了關鍵作用。

室內(nèi)、室外定位環(huán)境的主要區(qū)別是，室外白區(qū)多，灰區(qū)、黑區(qū)少；室內(nèi)灰區(qū)、黑區(qū)多，白區(qū)少。白區(qū)：遮擋基本無遮擋，定位精度高；灰區(qū)：存在遮擋，定位精度低；黑區(qū)：遮擋嚴重，難以解算位置。為了解決無線網(wǎng)在建筑地下空間、復雜結(jié)構(gòu)空間信號衰減快、盲區(qū)多的問題，鄧中亮教授團隊創(chuàng)建虛擬網(wǎng)格差分定位理論方法，發(fā)明了“定位-通信”融合測量方法，創(chuàng)新了異構(gòu)無線網(wǎng)絡融合定位技術，室外定位3D精度優(yōu)于1m，室內(nèi)定位精度水平1～3m、垂直1m，首次實現(xiàn)廣域網(wǎng)精確區(qū)分樓層，超越了美歐日的室內(nèi)法定標準和公開最好的定位精度，推進了廣域室內(nèi)定位、物聯(lián)網(wǎng)新發(fā)展。

▲　羲和系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖

二、投身羲和系統(tǒng)建設

鄧中亮教授團隊致力于實施“羲和計劃”室內(nèi)定位項目，并突破了廣域無線網(wǎng)高精度定位瓶頸，實現(xiàn)廣覆蓋、高精度、低成本定位，得到國內(nèi)外導航界的認可和應用，使我國廣域無線網(wǎng)定位技術躋身國際先進行列。

羲和系統(tǒng)是由國家提供政策和資金，建立國家級地面室內(nèi)外無縫隙定位導航系統(tǒng)，實現(xiàn)室外亞米級、室內(nèi)優(yōu)于1m的定位能力。截至2016年底，示范工程由公共管理向個人應用過渡，用戶量達到千萬。預計2020年實現(xiàn)“百城億戶”，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益數(shù)十億，拉動經(jīng)濟效益百億。

在國家應用方面，完成廣域定位網(wǎng)建設，并在全國多個省市重點地區(qū)建立了位置動態(tài)感知平臺，實現(xiàn)全國范圍內(nèi)授權終端的位置監(jiān)測，成為各行業(yè)管理平臺的基礎信息。形成了位置服務行業(yè)新業(yè)態(tài)，完成多項示范工程，包括商場/超市超過五千個，航空港超二十個，及地鐵交通、災害救援、消防搶險。實時監(jiān)測商場人員位置，服務能力達數(shù)十億人次/天，精度優(yōu)于1m,滿足了大規(guī)模并發(fā)的室內(nèi)三維定位導航需求。

在室內(nèi)外應用方面，開展了定位卡機消防定位應用。在手機應用方面，研發(fā)了多款定位軟件，并進行了推廣應用。“羲和計劃”的實施，引起了美國軍方和有關國家高度重視，并被多個國家和香港地區(qū)應用。應用于國際重大會議、活動如北京、倫敦、里約奧運會，上海世博會及北京APEC會議。

與國際同類通信制式的網(wǎng)絡定位系統(tǒng)對比，顯著優(yōu)于國內(nèi)外定位精度。與國際室內(nèi)網(wǎng)絡定位系統(tǒng)相比，建設成本極低。

世界高度關注TC-OFDM移動無線網(wǎng)絡定位，并給予了積極評價。美國國防部認為中國“羲和計劃”提升了北斗/GPS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)的室內(nèi)外定位精度與服務能力。北斗重大專項總體專家組認為該項目是導航技術自主創(chuàng)新的重要突破，提升了北斗產(chǎn)業(yè)應用競爭能力。項目鑒定專家組認為總體技術達到了國際領先水平，對提升我國相關產(chǎn)業(yè)的核心競爭力具有重要意義。國家民航局鑒定專家組認為基于位置的機場空間數(shù)據(jù)融合等方面達到了國際領先水平，經(jīng)濟、社會效益顯著。意大利導航專家認為通過移動通信網(wǎng)增強室內(nèi)外環(huán)境下的定位能力，是導航科學技術的進步；美國信息系統(tǒng)協(xié)會主席認為其能提供更廣泛的服務能力。

羲和系統(tǒng)獲得授權國家發(fā)明專利超過三百項，其中國際專利十余項，制定國際、國家、行業(yè)標準近三十項，發(fā)表論文六百余篇。鄧中亮教授以第一完成人分別于2010年、2014年獲國家科技進步二等獎 2 項，2017年國家技術發(fā)明二等獎1項。鄧中亮教授榮獲2016年光華工程科技獎和全國優(yōu)秀科技工作者，被評為 2014年全國十大科技創(chuàng)新人物。

▲　羲和系統(tǒng)的應用效果

三、羲和系統(tǒng)研究成果引人關注

近兩年來，羲和系統(tǒng)的研究方向和領域得到了大幅擴展。

1.國家室內(nèi)位置服務立法研究

“羲和計劃”先后被列入《衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)中長期規(guī)劃》《室內(nèi)外高精度定位導航白皮書》以及《導航與位置服務科技發(fā)展“十三五”專項規(guī)劃》。研究我國110、119、120應急救援的室內(nèi)位置服務立法，提供技術支持與應用建議，協(xié)助我國定位導航法律建設。

2.國防非衛(wèi)星導航應用研究

現(xiàn)代戰(zhàn)爭高邊疆斗爭激烈，研究戰(zhàn)時與北斗/近軌野戰(zhàn)星座相適應的“機動型廣域無線網(wǎng)”的導航應用，平時用于抗災搶險、生命救援等行動。

3.北斗海洋工程定位關鍵技術

島礁防御、填海工程、島礁監(jiān)測與建設迫切需要分米級高精度定位。創(chuàng)新建立北斗遠海域定位導航與通信融合技術體系，突破北斗海上惡劣環(huán)境下無基準站定位3～5m精度的瓶頸，定位精度達厘米級。鑒定委員會意見認為，整體技術達到國際先進水平，其中多元精度因子（MDOP）選星模型、智能分包的北斗短報文集群式通信方法等為國際首創(chuàng)。

4. 5G移動網(wǎng)絡定位技術研究

室內(nèi)混合智能定位與室內(nèi)GIS技術研究及示范應用獲得國家重點研發(fā)計劃支持，正在開展制定5G定位相關標準。

5.多源信號高精度定位

將高精度定位能力擴展至波長為100m至0.01m無線電磁波（雷達、紅外、WiFi、廣播、電視、通信等），實現(xiàn)能通信就能精確定位的目標。