北邮邓中亮:深度融合5G+北斗,实现高精准定位

如今，万物互联时代，物与物、物与人、人与人之间需要实现更多的互联。在如此复杂多变的环境中，定位技术面临着着更多挑战和需求，需要不断的创新和改进。唯有如此，才能满足未来智能交通、无人驾驶和工业互联网等领域的高精度定位导航要求，实现全时空、全时域、全空域、高精度、高鲁棒的普适定位导航的目标。

  “在国家安全、经济建设和智慧社会等方面，都需要高精度的室内外定位导航，达到米级到亚米级的水平。”国际欧亚科学院院士、灾备技术国家工程实验室主任、北京邮电大学教授邓中亮如是说。

  万物互联时代

  亟待解决高精度定位难题

  作为高精度、高可信定位导航的主要开拓者和学术带头人，邓中亮从1996年就一直致力于无线通信网络和定位技术相关研究。然而邓中亮也承认，虽然相比之前，定位技术取得了很大的进步，但是当前复杂的环境下，在使用定位导航的过程中，仍然会遇到一系列挑战。

  国际欧亚科学院院士、灾备技术国家工程实验室主任、北京邮电大学教授邓中亮

  例如，在开阔空间情况下，设备可以接收到很多卫星信号，定位精准度就很高。但当设备在室内、高山、深谷等遮蔽和半遮蔽空间下，卫星定位导航无法实现精准的定位。这给定位导航系统带来了一系列新的问题：是否能像通信一样在任何地方都能进行高精度定位?

  邓中亮表示：“通常情况下，卫星定位导航在开阔空间下能够达到米级左右的定位精度，但要满足车道级的定位导航需求，则需要通过地基增强或星基增强的方式，额外配备设施来提高卫星定位导航的精度，从而达到分米级、亚米级甚至厘米级、毫米级的定位精度。”

  然而，无论采用何种增强方式，都必须在卫星定位导航能够正常定位的条件下进行增强。如果卫星信号都无法覆盖的区域，例如室内、地下室这种环境就无法进行增强，因为增强系统只能覆盖卫星信号覆盖的范围。

  因此，室内外的定位导航技术都必须具备，才能满足不同场景下的定位需求。然而，遮蔽空间和半遮蔽空间的环境非常复杂，不但卫星信号往往无法到达，而且可能被阻挡或干扰，这就产生了技术与需求之间的矛盾。当前定位领域面临的问题是如何解决这种矛盾。

  “5G+北斗深度融合

   让信号覆盖更全面

  由于卫星定位信号强度相对较弱、易受遮挡等环境因素干扰，特别是在遮蔽半遮蔽空间中，难以在室内进行定位。针对这个问题，邓中亮及其团队提出了“5G+卫星”的“通导融合”思路。

  邓中亮认为，可以将导航卫星这张网和无线通信这张网结合起来，以导航卫星为核心，再整合所有通信网资源，就可以形成一张用于定位服务的“天罗地网”，不再需要单独去建设室内定位网。通过将卫星定位系统与无线通信网相结合，就可以提供更加全面和智能的定位导航服务。

  实际上，从“十一五”开始，我国科技部已启动“羲和计划”，旨在解决室内定位的问题。对于卫星信号在遮蔽和半遮蔽空间的无法覆盖的问题，由通信网络对此进行补充覆盖，从而实现室内外全时空的覆盖。作为“羲和”计划室内导航系统的主要负责人和学术带头人，邓中亮通过多年攻关，目前已经形成几百项自主知识产权和一系列关键技术。

  如今，邓中亮立足国家综合PNT建设大局，带领团队开展了北斗+5G室内外无缝定位技术的研究，突破了异构系统融合定位难题，实现跨物理层的信号融合，使得天地一体定位精度进一步提高。邓中亮如是说：“5G+北斗的融合可以满足全覆盖、高精度需求，相互赋能，彼此增强。”

  “5G+北斗”各自的优势结合在一起能产生新的火花。例如在交通领域，5G+北斗室内外无缝衔接的定位导航技术，解决了隧道场景下卫星信号缺失的问题。在智慧矿山的建设中，以5G网络为依托，结合北斗定位技术，能够实现矿山挖装、运输、监测等环节的无人化远程操控。

  不断尝试

  “抓破脑袋”寻找突破口

  据邓中亮介绍，目前我国的定位技术已经处于地位。在邓中亮的牵头带领下，我国成功研制了高精度定位与通信融合的新型信号体制。依靠这种技术，不仅将室内定位精度提高了数十倍，突破了多项室内高精度定位关键技术瓶颈，还大大节约了成本。

  据了解，邓中亮及团队已经在三方面取得了重大突破：

  第一个突破是关于单个无线网络能否实现高精度定位的研究。如果能实现高精度的单个无线网络定位，就有望解决室内定位的问题。但通信网的频率资源是有限的，要实现高精度的定位，需要频率资源来支撑测量信号，进行高精度的信号强度测量和相位测量。然而定位频率的使用会带来通信资源的占用或再分配，影响通信数据率和传输速度，这就引发了通信效能和定位精度之间的矛盾。

  面对这个挑战，邓中亮建立了一个隐嵌信噪融合体系，突破了困扰多年的国际难题。在此过程中，邓中亮和团队获得了多项国际专利，并得到了国外的高度评价，引起了美国国防部的重视。因此，这项技术获得了国家科技进步奖。

  第二个突破是关于单个无线网络的高精度定位鲁棒性的问题。对于人类来说，当前的定位服务可能满足90%以上的需求，就会让人感觉满意。但对于机器、物体来说，要求则是更高。因为单层无线网络容易被遮挡，导致存在网络盲区，比如2G、3G、4G，以及不同运营商(移动、电信、联通)建设的网络之间也会存在盲区。盲区定位是国际上的一大难题。

  为了解决这个问题，邓中亮将手机里面集成的多个网络和多个传感器融合使用，这样可以提高定位的鲁棒性和可靠性。这项技术已经得到广泛应用，特别是在疫情监控中，为国家应急安全中心提供了明确的人员和车辆定位信息。国外电信运营企业也对这项技术给予了高度评价。这一技术弥补了传统摄像监控的盲区，彰显了中国在科技领域的实力。并于2010年获得了国家科学技术进步奖。

  第三个突破是天地一体的定位解决方案，解决了卫星与通信联合定位的问题。在城市智慧交通中，立交桥等复杂地形下，卫星信号可能会受阻，无法提供高精度定位服务。但一些领域对定位要求仍然非常迫切，例如地铁工程建设的时候地下环境无法获得高精度定位，建设飞机跑道的精度要求也非常高。在这些情况下，如何实现准确定位成为关键。

  邓中亮通过联合利用通信基站和卫星信号来提高定位精度。利用通信基站与卫星联合不仅实现了更高的定位精度。同时也简化了设备的安装和调整过程，填补了定位盲区，为工程安全、生产安全等提供了重要保障。在2017年，这项技术获得了多项发明专利和国家技术发明奖，而且在智慧海洋建设中也有着广泛的应用。

  面向未来 提供更先进

  可靠且经济高效的定位服务

  长期以来，邓中亮一直致力于实现更高精度、更可靠、更广泛应用的定位服务。在国家综合PNT战略规划方面，邓中亮的目标是在2035年实现以下三项重要工作：第一，推进北斗与5G技术的融合，同时着手研发北斗+6G技术，使其在更广泛的领域发挥作用;第二，持续推动全球5G高精度定位标准发展，为全球用户提供统一的高精度定位体验，并推动全球定位服务的发展;第三，开展面向重大生产领域和国防安全的研究工作。

  为了推动定位技术的商业化，邓中亮团队正在与华为、展锐、中兴等大型通信企业合作，推进成果应用。未来，邓中亮将持续努力，力求在高精度、高鲁棒性和低成本的定位服务领域取得更多突破和贡献。

  从当年的青年才俊，到如今的白发苍苍，邓中亮依然坚守在科研第一线，也正是因为有着像邓中亮这样一直默默风险的科研人员，才给我们的未来生活带来更多可能和精彩。