“在國家安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和智慧社會等方面，都需要高精度的室內(nèi)外定位導(dǎo)航，達(dá)到米級到亞米級的水平。”國際歐亞科學(xué)院院士、災(zāi)備技術(shù)國家工程實驗室主任、北京郵電大學(xué)教授鄧中亮如是說。
萬物互聯(lián)時代
亟待解決高精度定位難題
作為高精度、高可信定位導(dǎo)航的主要開拓者和學(xué)術(shù)帶頭人，鄧中亮從1996年就一直致力于無線通信網(wǎng)絡(luò)和定位技術(shù)相關(guān)研究。然而鄧中亮也承認(rèn)，雖然相比之前，定位技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，但是當(dāng)前復(fù)雜的環(huán)境下，在使用定位導(dǎo)航的過程中，仍然會遇到一系列挑戰(zhàn)。
國際歐亞科學(xué)院院士、災(zāi)備技術(shù)國家工程實驗室主任、北京郵電大學(xué)教授鄧中亮
例如，在開闊空間情況下，設(shè)備可以接收到很多衛(wèi)星信號，定位精準(zhǔn)度就很高。但當(dāng)設(shè)備在室內(nèi)、高山、深谷等遮蔽和半遮蔽空間下，衛(wèi)星定位導(dǎo)航無法實現(xiàn)精準(zhǔn)的定位。這給定位導(dǎo)航系統(tǒng)帶來了一系列新的問題：是否能像通信一樣在任何地方都能進(jìn)行高精度定位？
鄧中亮表示：“通常情況下，衛(wèi)星定位導(dǎo)航在開闊空間下能夠達(dá)到米級左右的定位精度，但要滿足車道級的定位導(dǎo)航需求，則需要通過地基增強(qiáng)或星基增強(qiáng)的方式，額外配備設(shè)施來提高衛(wèi)星定位導(dǎo)航的精度，從而達(dá)到分米級、亞米級甚至厘米級、毫米級的定位精度。”
然而，無論采用何種增強(qiáng)方式，都必須在衛(wèi)星定位導(dǎo)航能夠正常定位的條件下進(jìn)行增強(qiáng)。如果衛(wèi)星信號都無法覆蓋的區(qū)域，例如室內(nèi)、地下室這種環(huán)境就無法進(jìn)行增強(qiáng)，因為增強(qiáng)系統(tǒng)只能覆蓋衛(wèi)星信號覆蓋的范圍。
因此，室內(nèi)外的定位導(dǎo)航技術(shù)都必須具備，才能滿足不同場景下的精確定位需求。然而，遮蔽空間和半遮蔽空間的環(huán)境非常復(fù)雜，不但衛(wèi)星信號往往無法到達(dá)，而且可能被阻擋或干擾，這就產(chǎn)生了技術(shù)與需求之間的矛盾。當(dāng)前定位領(lǐng)域面臨的問題是如何解決這種矛盾。
“5G+北斗深度融合
讓信號覆蓋更全面
由于衛(wèi)星定位信號強(qiáng)度相對較弱、易受遮擋等環(huán)境因素干擾，特別是在遮蔽半遮蔽空間中，難以在室內(nèi)進(jìn)行定位。針對這個問題，鄧中亮及其團(tuán)隊提出了“5G+衛(wèi)星”的“通導(dǎo)融合”思路。
鄧中亮認(rèn)為，可以將導(dǎo)航衛(wèi)星這張網(wǎng)和無線通信這張網(wǎng)結(jié)合起來，以導(dǎo)航衛(wèi)星為核心，再整合所有通信網(wǎng)資源，就可以形成一張用于定位服務(wù)的“天羅地網(wǎng)”，不再需要單獨去建設(shè)室內(nèi)定位網(wǎng)。通過將衛(wèi)星定位系統(tǒng)與無線通信網(wǎng)相結(jié)合，就可以提供更加全面和智能的定位導(dǎo)航服務(wù)。
實際上，從“十一五”開始，我國科技部已啟動“羲和計劃”，旨在解決室內(nèi)定位的問題。對于衛(wèi)星信號在遮蔽和半遮蔽空間的無法覆蓋的問題，由通信網(wǎng)絡(luò)對此進(jìn)行補(bǔ)充覆蓋，從而實現(xiàn)室內(nèi)外全時空的覆蓋。作為“羲和”計劃室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的主要負(fù)責(zé)人和學(xué)術(shù)帶頭人，鄧中亮通過多年攻關(guān)，目前已經(jīng)形成幾百項自主知識產(chǎn)權(quán)和一系列關(guān)鍵技術(shù)。
如今，鄧中亮立足國家綜合PNT建設(shè)大局，帶領(lǐng)團(tuán)隊開展了北斗+5G室內(nèi)外無縫定位技術(shù)的研究，突破了異構(gòu)系統(tǒng)融合定位難題，實現(xiàn)跨物理層的信號融合，使得天地一體定位精度進(jìn)一步提高。鄧中亮如是說：“5G+北斗的融合可以滿足全覆蓋、高精度需求，相互賦能，彼此增強(qiáng)。”
“5G+北斗”各自的優(yōu)勢結(jié)合在一起能產(chǎn)生新的火花。例如在交通領(lǐng)域，5G+北斗室內(nèi)外無縫銜接的定位導(dǎo)航技術(shù)，解決了隧道場景下衛(wèi)星信號缺失的問題。在智慧礦山的建設(shè)中，以5G網(wǎng)絡(luò)為依托，結(jié)合北斗定位技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山挖裝、運輸、監(jiān)測等環(huán)節(jié)的無人化遠(yuǎn)程操控。
不斷嘗試
“抓破腦袋”尋找突破口
據(jù)鄧中亮介紹，目前我國的定位技術(shù)已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。在鄧中亮的牽頭帶領(lǐng)下，我國成功研制了高精度定位與通信融合的新型信號體制。依靠這種技術(shù)，不僅將室內(nèi)定位精度提高了數(shù)十倍，突破了多項室內(nèi)高精度定位關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，還大大節(jié)約了成本。
據(jù)了解，鄧中亮及團(tuán)隊已經(jīng)在三方面取得了重大突破：
第一個突破是關(guān)于單個無線網(wǎng)絡(luò)能否實現(xiàn)高精度定位的研究。如果能實現(xiàn)高精度的單個無線網(wǎng)絡(luò)定位，就有望解決室內(nèi)定位的問題。但通信網(wǎng)的頻率資源是有限的，要實現(xiàn)高精度的定位，需要頻率資源來支撐測量信號，進(jìn)行高精度的信號強(qiáng)度測量和相位測量。然而定位頻率的使用會帶來通信資源的占用或再分配，影響通信數(shù)據(jù)率和傳輸速度，這就引發(fā)了通信效能和定位精度之間的矛盾。
面對這個挑戰(zhàn)，鄧中亮建立了一個隱嵌信噪融合體系，突破了困擾多年的國際難題。在此過程中，鄧中亮和團(tuán)隊獲得了多項國際專利，并得到了國外的高度評價，引起了美國國防部的重視。因此，這項技術(shù)獲得了國家科技進(jìn)步獎。
第二個突破是關(guān)于單個無線網(wǎng)絡(luò)的高精度定位魯棒性的問題。對于人類來說，當(dāng)前的定位服務(wù)可能滿足90%以上的需求，就會讓人感覺滿意。但對于機(jī)器、物體來說，要求則是更高。因為單層無線網(wǎng)絡(luò)容易被遮擋，導(dǎo)致存在網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)，比如2G、3G、4G，以及不同運營商（移動、電信、聯(lián)通）建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)之間也會存在盲區(qū)。盲區(qū)定位是國際上的一大難題。
為了解決這個問題，鄧中亮將手機(jī)里面集成的多個網(wǎng)絡(luò)和多個傳感器融合使用，這樣可以提高定位的魯棒性和可靠性。這項技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，特別是在疫情監(jiān)控中，為國家應(yīng)急安全中心提供了明確的人員和車輛定位信息。國外電信運營企業(yè)也對這項技術(shù)給予了高度評價。這一技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)攝像監(jiān)控的盲區(qū)，彰顯了中國在科技領(lǐng)域的實力。并于2010年獲得了國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎。
第三個突破是天地一體的定位解決方案，解決了衛(wèi)星與通信聯(lián)合定位的問題。在城市智慧交通中，立交橋等復(fù)雜地形下，衛(wèi)星信號可能會受阻，無法提供高精度定位服務(wù)。但一些領(lǐng)域?qū)Χㄎ灰笕匀环浅Ｆ惹�，例如地鐵工程建設(shè)的時候地下環(huán)境無法獲得高精度定位，建設(shè)飛機(jī)跑道的精度要求也非常高。在這些情況下，如何實現(xiàn)準(zhǔn)確定位成為關(guān)鍵。
鄧中亮通過聯(lián)合利用通信基站和衛(wèi)星信號來提高定位精度。利用通信基站與衛(wèi)星聯(lián)合不僅實現(xiàn)了更高的定位精度。同時也簡化了設(shè)備的安裝和調(diào)整過程，填補(bǔ)了定位盲區(qū)，為工程安全、生產(chǎn)安全等提供了重要保障。在2017年，這項技術(shù)獲得了多項發(fā)明專利和國家技術(shù)發(fā)明獎，而且在智慧海洋建設(shè)中也有著廣泛的應(yīng)用。
面向未來 提供更先進(jìn)
可靠且經(jīng)濟(jì)高效的定位服務(wù)
長期以來，鄧中亮一直致力于實現(xiàn)更高精度、更可靠、更廣泛應(yīng)用的定位服務(wù)。在國家綜合PNT戰(zhàn)略規(guī)劃方面，鄧中亮的目標(biāo)是在2035年實現(xiàn)以下三項重要工作：第一，推進(jìn)北斗與5G技術(shù)的融合，同時著手研發(fā)北斗+6G技術(shù)，使其在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮作用；第二，持續(xù)推動全球5G高精度定位標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，為全球用戶提供統(tǒng)一的高精度定位體驗，并推動全球定位服務(wù)的發(fā)展；第三，開展面向重大生產(chǎn)領(lǐng)域和國防安全的研究工作。
為了推動定位技術(shù)的商業(yè)化，鄧中亮團(tuán)隊正在與華為、展銳、中興等大型通信企業(yè)合作，推進(jìn)成果應(yīng)用。未來，鄧中亮將持續(xù)努力，力求在高精度、高魯棒性和低成本的定位服務(wù)領(lǐng)域取得更多突破和貢獻(xiàn)。
從當(dāng)年的青年才俊，到如今的白發(fā)蒼蒼，鄧中亮依然堅守在科研第一線，也正是因為有著像鄧中亮這樣一直默默風(fēng)險的科研人員，才給我們的未來生活帶來更多可能和精彩。
