室内室外无缝连接 开启全球万物互联——邓中亮教授团队致力“羲和计划”高精度无线网络定位项目纪实

●　文 |　文亮

导航与位置服务是国家安全、经济发展和社会民生依赖的重大基础设施。目前全球已有四大卫星导航系统，但是室内无信号，人们80%的时间在室内，在移动互联网时代，70%的基于手机对话连接和消费、支付行为及80%的互联网数据接入都发生在室内，室内3D位置数据成为物联网、人工智能、大数据的重要支撑。室内定位导航面临重大难题。

无线网络定位属于非卫星导航技术，发达国家进行了20多年的探索，前10年，主要研究地面广域无线网定位，但难以提高精度。随着通信技术的发展，后10年，主要研究局域网定位技术，但覆盖范围小。广域网定位虽然覆盖面积大，但精度在百米量级；局域网定位技术虽然精度较高，但规模应用成本高。无法同时满足覆盖面积大、定位精度高的两个条件。如何实现广覆盖、高精度、低成本定位成为国际性难题。

一、创建广域无线网络室内定位理论

北京邮电大学邓中亮教授团队研究发现室内信号突变现象，创建了广域无线网络室内定位理论方法，解决了无线多径测量定位的难题。在无线网络定位基础之上，发明了多网多源融合定位新技术，解决了无线信号盲区定位问题，通过理论方法、关键技术的突破，实现了无线网络定位导航综合工程应用，在国家重大工程建设中发挥了关键作用。

室内、室外定位环境的主要区别是，室外白区多，灰区、黑区少；室内灰区、黑区多，白区少。白区：遮挡基本无遮挡，定位精度高；灰区：存在遮挡，定位精度低；黑区：遮挡严重，难以解算位置。为了解决无线网在建筑地下空间、复杂结构空间信号衰减快、盲区多的问题，邓中亮教授团队创建虚拟网格差分定位理论方法，发明了“定位-通信”融合测量方法，创新了异构无线网络融合定位技术，室外定位3D精度优于1m，室内定位精度水平1～3m、垂直1m，首次实现广域网精确区分楼层，超越了美欧日的室内法定标准和公开最好的定位精度，推进了广域室内定位、物联网新发展。

▲　羲和系统的整体架构图

二、投身羲和系统建设

邓中亮教授团队致力于实施“羲和计划”室内定位项目，并突破了广域无线网高精度定位瓶颈，实现广覆盖、高精度、低成本定位，得到国内外导航界的认可和应用，使我国广域无线网定位技术跻身国际先进行列。

羲和系统是由国家提供政策和资金，建立国家级地面室内外无缝隙定位导航系统，实现室外亚米级、室内优于1m的定位能力。截至2016年底，示范工程由公共管理向个人应用过渡，用户量达到千万。预计2020年实现“百城亿户”，产生直接经济效益数十亿，拉动经济效益百亿。

在国家应用方面，完成广域定位网建设，并在全国多个省市重点地区建立了位置动态感知平台，实现全国范围内授权终端的位置监测，成为各行业管理平台的基础信息。形成了位置服务行业新业态，完成多项示范工程，包括商场/超市超过五千个，航空港超二十个，及地铁交通、灾害救援、消防抢险。实时监测商场人员位置，服务能力达数十亿人次/天，精度优于1m,满足了大规模并发的室内三维定位导航需求。

在室内外应用方面，开展了定位卡机消防定位应用。在手机应用方面，研发了多款定位软件，并进行了推广应用。“羲和计划”的实施，引起了美国军方和有关国家高度重视，并被多个国家和香港地区应用。应用于国际重大会议、活动如北京、伦敦、里约奥运会，上海世博会及北京APEC会议。

与国际同类通信制式的网络定位系统对比，显著优于国内外定位精度。与国际室内网络定位系统相比，建设成本极低。

世界高度关注TC-OFDM移动无线网络定位，并给予了积极评价。美国国防部认为中国“羲和计划”提升了北斗/GPS等卫星导航系统的室内外定位精度与服务能力。北斗重大专项总体专家组认为该项目是导航技术自主创新的重要突破，提升了北斗产业应用竞争能力。项目鉴定专家组认为总体技术达到了国际领先水平，对提升我国相关产业的核心竞争力具有重要意义。国家民航局鉴定专家组认为基于位置的机场空间数据融合等方面达到了国际领先水平，经济、社会效益显著。意大利导航专家认为通过移动通信网增强室内外环境下的定位能力，是导航科学技术的进步；美国信息系统协会主席认为其能提供更广泛的服务能力。

羲和系统获得授权国家发明专利超过三百项，其中国际专利十余项，制定国际、国家、行业标准近三十项，发表论文六百余篇。邓中亮教授以第一完成人分别于2010年、2014年获国家科技进步二等奖 2 项，2017年国家技术发明二等奖1项。邓中亮教授荣获2016年光华工程科技奖和全国优秀科技工作者，被评为 2014年全国十大科技创新人物。

▲　羲和系统的应用效果

三、羲和系统研究成果引人关注

近两年来，羲和系统的研究方向和领域得到了大幅扩展。

1.国家室内位置服务立法研究

“羲和计划”先后被列入《卫星导航产业中长期规划》《室内外高精度定位导航白皮书》以及《导航与位置服务科技发展“十三五”专项规划》。研究我国110、119、120应急救援的室内位置服务立法，提供技术支持与应用建议，协助我国定位导航法律建设。

2.国防非卫星导航应用研究

现代战争高边疆斗争激烈，研究战时与北斗/近轨野战星座相适应的“机动型广域无线网”的导航应用，平时用于抗灾抢险、生命救援等行动。

3.北斗海洋工程定位关键技术

岛礁防御、填海工程、岛礁监测与建设迫切需要分米级高精度定位。创新建立北斗远海域定位导航与通信融合技术体系，突破北斗海上恶劣环境下无基准站定位3～5m精度的瓶颈，定位精度达厘米级。鉴定委员会意见认为，整体技术达到国际先进水平，其中多元精度因子（MDOP）选星模型、智能分包的北斗短报文集群式通信方法等为国际首创。

4. 5G移动网络定位技术研究

室内混合智能定位与室内GIS技术研究及示范应用获得国家重点研发计划支持，正在开展制定5G定位相关标准。

5.多源信号高精度定位

将高精度定位能力扩展至波长为100m至0.01m无线电磁波（雷达、红外、WiFi、广播、电视、通信等），实现能通信就能精确定位的目标。