北京邮电大学高精度位置服务关键技术实现米级精度定位

　　众所周知，“位置服务”已成为智慧城市与物联网精细化发展的重要基础，智慧城市、物联网、移动互联等已成为全球信息产业新一轮竞争的制高点，作为这些领域的共性基础，位置服务尤为重要，正深入国民经济各领域。在应急救援、公共安全、军事、健康关爱等等方面，需区分楼层房间的先进室内定位技术，已成为国际科技竞争焦点。我国各类灾害每年死亡近万人，失踪逾20万，位置是生命救援中最重要的信息。未来位置服务产业市场空间上万亿，作为战略基础设施我国投入数百亿，建设北斗导航系统，与美俄欧展开激烈竞争。

　　我国有10亿手机用户位置服务、逾每年100亿人次流量的车站/航站楼、数十万高层建筑、数万大型商场、展览馆、煤矿等等对室内定位提出了迫切需求。人们80%以上的时间处于室内，四大卫星导航系统因信号弱，无法室内定位，产生卫星导航室内定位“最后一公里”难题。为此，诺基亚、三星、苹果、Googls等成立“室内定位联盟”， 围绕室内定位展开了激烈的竞争。我国“国家中长期科技发展规划纲要”、科技部863专项、发改委卫星应用及产业发展专项中大力支持室内定位研究与应用。“广域室内外无缝高精度定位与位置服务”已成为各国正在攻关的难点和科技竞争水平重要标志。

　　室内定位需达到水平3m，垂直1m精度才能区分楼层与房间，产生巨大应用价值。WIFI等技术虽能在局域达到3m—5m精度，但需要布置大量节点，需指纹数据量极大，成本高，运维难。且在火灾时断电无法使用。移动基站信号覆盖所有城市室内外，具有广域定位条件，用户量大，用于室内定位非常经济，高通、爱立信等进行十余年攻关，但遭遇技术瓶颈，室内定位误差四十至数百米。基于移动基站的高精度室内定位技术成为亟待攻克的国际难题。

　　北京邮电大学邓中亮教授带领项目组通过大量实验分析首次发现基站定位区分度达5m—10m，实现米级精度定位具有可行性，但仍存在以下难题：通信基站单通信体制受室内多径、快衰落与非视距影响，导致室内定位精度达数十米以上。地面基站信号传播中非视距误差高达数百米，严重影响定位精度。地面多基站定位时受基站间时间同步精度低，且无垂直方向测高能力。北斗/GPS导航系统等存在室内“最后一公里”问题，如何将地面基站与卫星导航等系统有机融合起来，建立一个室内外无缝的位置服务系统，并提升卫星导航能力。海量位置服务中，用户端位置回传、服务端业务信息推送存在安全隐患。建立海量位置服务中的安全保障体系，是支撑大众位置服务的重要前提。

　　项目组立足突破“广域高精度室内外无缝定位与安全位置服务”的国际公认难题，从2004年开始承担了一系列国家重要项目，取得多项关键技术突破，并完成了多个应用系统。

　　项目在完成基于多基站距离特征编码细分方法、多信号体制耦合协同伪距测量理论、非视距环境精确定位模型、天地一体无缝融合定位体系架构四大基础研究上，进行了产品研发，开展了应用服务，据此发明了TC-OFDM导航通信融合信号体制，将现有通信体制与导航信号有机融合，在与局域室内定位系统的兼容方面，提出了基站与WIFI的组合定位方法，实现高精度定位并作为基站定位系统的有效局域补充海量位置服务中，本项目建立了三层级联加密与海量用户支撑体系，提出了动态组合密钥广播与预加扰与位置信息动态聚类处理技术，建立了室内网格空间模型等，实现了位置信息的安全、可靠服务以及海量用户支撑。

　　基于上述成果，2011年研制成功基于基站的TC-OFDM广域室内定位验证系统，完成终端、基站等原型设备开发，实现基于基站的水平优于3m，垂直优于1m的校园高精度室内外无缝定位，为平安校园建设发挥重要作用。项目通过产学研相结合，完成室内外高精度定位基础设施研制与建设、基带信号处理器和终端研制、定位及应用平台研制、室内外地理信息系统开发、标准规范制定等。2012年于天津滨海新区建立了全球首个基于广域高精度室内外无缝定位的消防救援平台，实现了广域水平优于3m，垂直优于1m的高精度室内外无缝定位。此外，基于天地一体多网融合定位技术，在江苏、安徽、新疆等地建立了老年人关爱平台，在首都、虹桥等8大机场22航站楼建立了机场位置服务平台，在全国多个商业广场进行室内位置服务应用。

　　与高通、爱立信等国外基站定位技术相比，定位精度由数十米大幅提升至水平优于3米，垂直优于1米，与WIFI、RFID、蓝牙、伪卫星等其他室内定位技术相比，是实现广域室内外无缝1—3米定位技术的最佳途径。

　　经鉴定委员会技术鉴定，评价为“在基于移动网络的广域室内外定位关键技术方面取得了重大突破，具有自主知识产权，总体技术达到国际领先水平，为国家应急救援、公共安全及广域室内外导航定位服务提供了重要的技术基础，具有广泛的应用前景，对提升我国相关产业的核心竞争力具有重要意义。”

　　项目成果已成为科技部羲和系统的重要组成之一，作为科技重大成果已列入国家多项计划和卫星导航产业中长期发展规划，引起了国外的高度重视，如美国官方称“中国将建设羲和…形成室内外无缝定位服务能力”。国外专家称“这是一项更精确的定位科学技术”，“为位置服务提供更广泛的覆盖”。项目成果在智慧城市、移动互联、大众行业应用诸方面将产生更大的社会经济效益。从理论体系、技术发明、实践应用诸方面，为我国位置服务产业的发展奠定了良好的基础，为我国通信行业提供新的发展思路，为我国国家位置网建设提供新的技术途径，对提升国家位置服务能力具有重大意义。