室内外高精度定位导航白皮书课件.pptx

1、室内外高精度定位导航白皮书（2013 年）导航与位置服务科技专项总体专家组地球观测与导航技术领域导航主题专家组二 O 一三年九月前言导航与位置服务攸关国家安全、经济发展和社会民生，在新一代信息技术这一战略性新兴产业中，具有举足轻重和不可或缺的地位，在物联网、智慧地球、节能减排、救灾减灾等领域发挥着重要的基础性支撑作用。近年来，随着智能手机和移动互联网的迅速普及，人们对室内外高精度定位导航的需求呈现爆发式增长趋势。2012 年 12 月 27 日，我国宣布北斗导航系统正式提供区域定位导航服务，定位精度为 10 米，成为第三个拥有自主卫星导航系统的国家。但是由于起步晚，北斗系统面临市场占有率低、信

2、号覆盖有限等方面的问题。在国家科技计划的支持下，羲和系统所涉及的若干核心关键技术取得重大突破，通过提供室内导航信号和室外卫星导航增强信号，具备室外广域实时定位精度优于 1 米、室内定位精度优于 3米的定位能力。羲和系统不仅大幅度提升了北斗系统的性能，还将北斗导航服务从室外拓展到室内环境，满足人们对于全时空高精度定位导航服务的需求。在此背景下，我们推出室内外高精度定位导航白皮书，介绍国内外室内外定位导航发展现状与问题，探讨室内外定位导航发展趋势，分析我国室内外高精度定位发展机遇，羲和系统建设对导航与位置服务产业的支撑作用，以期与业界共享，共同推动我国导航与位置服务产业发展。目录1 室内外定位导航

3、发展现状.11.1 导航与位置服务产业发展迅猛，对室内外高精度定位需求迫切.11.2 四大卫星导航系统格局基本形成，提供稳定的室外定位导航服务.31.3 室内定位技术处于早期发展阶段，尚未建立大规模应用服务系统.62 室内外定位导航发展趋势.122.1 卫星导航系统性能提升进程加快.122.1.1 四大卫星导航系统加快升级与建设.132.1.2 空基地基融合的增强技术成为提升卫星导航性能的有效手段.132.2 高精度室内外无缝定位导航成为发展方向.142.2.1 高精度室内外无缝定位技术趋向于多系统协同.142.2.2 定位导航与通信趋向于一体化.153 我国室内外高精度定位发展机遇.163.

4、1 北斗系统形成区域服务能力.163.2 室内外高精度定位导航关键技术取得重大突破.163.2.1 突破广域实时精密定位技术并建立应用服务系统.163.2.2 突破城市室内外无缝定位技术并建立应用示范系统.173.3 初步形成了室内外高精度无缝定位技术标准体系.184 发展羲和系统支撑导航与位置服务产业发展.204.1 建立和完善我国室内外高精度定位导航技术体系标准.214.2 攻克北斗地面增强网络建设技术障碍，加快推进室内外高精度无缝定位系统建设.224.3 发展羲和系统，提升北斗国际竞争力和影响力.234.4 应用示范带动产业发展.24附件 羲和系统技术规范.251 室内外定位导航发展现状

5、1.1 导航与位置服务产业发展迅猛，对室内外高精度定位需求迫切2012 年，欧洲卫星导航局发布了全球 GNSS 市场报告。该报告指出，从 2010 年到 2016 年全球 GNSS 市场将以 13%的复合增长率增长。图 1 2010-2020 年全球 GNSS 市场规模及组成（GSA，GNSS Market Report issue 2，2012）报告指出 GNSS 应用在各个行业都表现出强劲的增长趋势，如图1 所示。位置服务产业是带动 GNSS 产业发展的主要动力之一，其产值从 2010 年的 380 亿欧元增长到 2020 年的 1700 亿欧元，GNSS 车辆导航的销售量也期望增长超过

6、5000 万套；航空和海洋业现在已经呈高速增长态势，到 2020 年其销售额将会翻一番；测量和农业应用也将会增长 40%到 60%。1随着现代社会的不断发展，城镇化进程加快，大型建筑日益增多，人们 80%以上的时间处于室内环境（含地下、矿井、隧道等）。全球有超 50 亿手机用户，超 10 亿的空巢老人和学龄儿童，每年各类灾害（地震、火灾、矿难等）超百万起，餐饮、购物、地铁交通成为人们生活中十分重要的组成部分，这些变化引起人们对室内位置服务的需求正迅速增加。而公共安全、生产安全、应急救援、公共卫生、物联网、特殊人群监护、大型场馆管理、智慧城市建设等领域都需要使用准确的室内定位信息，因此，导航与位

7、置服务产业有上万亿的市场空间。图 2 2012 年中国手机位置服务规模近年来，随着智能手机、网络电脑等多种多样接入设备的迅速推广，以及汽车保有量的快速增长，人们对导航与位置服务的需求飞速提高，2012 年中国手机位置服务规模如图 2 所示。2009 年中国导航与位置服务用户数量达到 1650 万，同比增长 70%，2010 年用户数量增长超过 100%。预计 2015 年导航与位置服务用户将超过 5 亿，产值23将超过 2650 亿元，导航与位置服务将成为新的经济增长点和战略性新兴产业，增加就业人口 50 多万，同时，海外导航与位置服务用户需求也呈现快速增长趋势，我国导航产品每年数千万套地进入

8、国际市场。1.2 四大卫星导航系统格局基本形成，提供稳定的室外定位导航服务1、美国的 GPS 系统截至2013年8 月，GPS星座拥有在轨卫星32颗，包括9颗Bolock7 4A 卫星，12 颗 Block R 卫星，颗 Block R-M 卫星，颗 BlockF 卫星。其中，GPS R/R-M 卫星具有自主导航功能，设计指标要求是在 180 天时间内 URE（用户测距误差）值小于 6m，用户导航定位精度不会有明显下降。而且 3 颗 BlockF 卫星协同工作后，一方面极大增强了 GPS 抗干扰性能和导航定位性能，另一方面也意味着运营方面能更加全面地测试第 3 个为商业民航和搜救任务提供支持的

9、民用 L5 信号。另外，GPS 卫星研制进展顺利，已完成主要飞行软件集成测试、GPS B 增量开发第二阶段系统设计评审（SDR）以及 GPS 卫星首次发射准备试验等计划项目。2、俄罗斯的 GLONASS 系统2011 年，GLONASS 成功发射 6 颗卫星，15 年来首次实现 24 颗卫星的满星座部署。尤其是播发 CDMA 信号的新一代 K 卫星的发射，4预示着 GLONASS 系统进入空间现代化的第三阶段。目前，GLONASS星座有 29 颗卫星，其中 24 颗在轨运行，1 颗进行飞行测试，3 颗处1于备份状态，颗进行维护。针对星座老化问题，俄罗斯计划在 20122020 年间，制造并发射

10、 13 颗 GLONASS-M 卫星和 22 颗 GLONASS-K卫星，用以替代过期服役的卫星，确保 GLONASS 系统拥有 30 颗在轨卫星（含 6 颗备用卫星）；计划 2020 年前，利用 GLONASS-K 卫星构建基本星座，提高系统的技术性能与指标；快速研发具有高性能和精度的 GLONASS-KM 卫星。未来 23 年，在轨工作的卫星数量将增加到 30 颗，2030 年前增加到 36 颗。3、我国的北斗卫星导航系统（BDS）2000 年 10 月，我国成功发射了第 1 颗北斗导航卫星，开始北斗卫星导航试验系统建设工作。该系统采用主动式导航体制，为我国境内及周边地区的中、低动态用户或

11、静止用户提供定位、授时和短报文服务，对我国国民经济建设起着积极的推动作用。2012 年 12 月 27日，北斗卫星导航系统已正式提供区域服务，我国将在未来几年内不断完善北斗卫星星座，并进行星座组网和试验，逐步扩展为全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统采用单向时间测距的被动式导航体制，具有定位、测速、授时和短报文等功能，主要用于国家经济建设，为交通运输、气象、石油、海洋、森林、通信、公安等部门以及其它特殊行业提供高效的导航定位服务。4、欧洲的 Galileo 卫星导航系统52002 年 3 月，欧盟启动欧洲民用导航卫星计划Galileo 卫星导航系统。Galileo 卫星星座计划由 30 颗 ME

12、O 卫星组成，Galileo 卫星采用码分多址（CDMA）扩频通信体制，以及二进制补偿载波（BOC，或二进制偏置载波）和二相移键控（BPSK）信号调制方式，在 E5（11641215MHz）、E6(12601300MHz)和 E2-L1-E1（15591591MHz）频段上调制 10 个导航信号，并在 L6（15441545MHz）频段内广播搜救信号。Galileo 系统提供 5 种基本的服务方式：开放服务（OS）、商业服务（CS）、生命安全服务（SoL）、公共管理服务（PRS）和搜救服务（SAR）。2005 年 12 月 28 日和 2008 年 4 月 27日分别发射了两颗试验卫星 GIO

13、VE-A 和 GIOVE-B，对导航频段、导航信号、星载原子时钟、空间辐射环境、以及卫星激光测距（SLR）等进行在轨测试验证。2011 年 10 月，第一批 2 颗 Galileo 系统初始运行验证卫星（IOV）成功发射；2012 年 10 月，第 3、4 颗 IOV 卫星成功发射。这 4 颗卫星构成了系统在轨验证所需最小星座，已经可以提供导航服务。根据欧委会计划，2014 年年底，将完成 18 颗卫星的发射和部署任务，提供初始开放服务、搜救服务和公共特许服务。2020年前建成包括 27 颗运行卫星和 3 颗备份卫星在内的完整星座，系统将实现全面运行能力。5、日本和印度的区域卫星导航增强系统2

14、006 年，日本政府提出基于 GPS 增强的准天顶卫星导航系统（QZSS）。其星座由 3 颗地球同步倾斜轨道卫星组成，每颗卫星在6日本上空工作 8 小时，3 颗卫星轮换工作，从而保证总有 1 颗卫星在日本的“天顶”，实现对 GPS 系统的增强。首颗 QZSS 卫星已于 2010年 9 月发射，运行状态正常。2011 年 9 月，日本内阁批准将 QZSS扩展为由 7 颗卫星组成的区域卫星导航系统。总体计划是 20132017年为发展阶段，20172032 年为运行阶段。目前正在寻求资金支持。印度的区域卫星导航系统（IRNSS）于 2006 年启动，星座将采用3GEO+4IGSO 构形，卫星将在

15、L1 和 L5 频段上调制导航信号，并利用 C 频段对卫星测距，用 S 频段进行卫星测控。原计划 2009 年发射1 颗 GEO 卫星，用于辅助 GPS 区域增强导航，并进行 IRNSS 系统技术初步试验验证。但近年来，其计划在不断调整，系统建设进展极为缓慢。截止目前，终于成功发射了首颗卫星（2013 年 7 月 1 日）。1.3 室内定位技术处于早期发展阶段，尚未建立大规模应用服务系统目前，室内定位技术种类繁多，可以分为两大类：局域室内定位，如无线局域网（WLAN）、射频标签（RFID）、紫蜂（Zigbee）、蓝牙（Bluetooth，BT）、超宽带无线电（UltraWideBand，UWB

16、）、地磁场强、红外定位、光跟踪定位、计算机视觉定位、超声波定位等；广域室内定位，如基于移动通信网络的辅助 GPS（A-GPS）、伪卫星（Pseudolite）、地面数字通信及广播网络定位系统等。1、局域室内高精度定位技术发展现状1）Wi-Fi 定位7基于 Wi-Fi 的室内定位系统目前主要有两类：第一类是 Wi-Fi 无线 AP 区间定位，通过收集 Wi-Fi 无线 AP 安装位置，和定位台接收到的AP地址，实现基于Wi-Fi无线AP区间定位，如美国Google Map。基于 AP 位置的定位技术成本低，但由于 AP 自身的位置并不精确，不能精确计算用户距 AP 的距离，定位误差通常达 102

17、0 米；第二类则采用 Wi-Fi 无线信号 RSSI 指纹匹配定位技术，如我国自主研发的”寻鹿”定位系统、“翼周边”系统，以及美国的 WiFiSLAM、加拿大 Wifarer 等。利用该类技术需要建立相关指纹数据库，对数据库的运行维护要求高，定位精度受信号强度影响大，仅适合于重点场所的局部定位应用。2）Zigbee 定位Zigbee 定位技术与 WIFI 定位技术相似。是基于 IEEE802.15.4 标准的局域网定位技术，精度可达 3 米，但由于信号强度受环境影响较大，如人员走动、墙体/门的遮挡反射等均会导致定位精度下降。德州仪器（TI）于 2007 年 6 月推出了业界首款带硬件定位引擎的

18、片上系统（SoC）解决方案 CC2431。3）RFID 定位基于 RFID 的定位系统目前主要有两类：第一类采用门禁方式进行区间定位；第二类则根据 RFID 标签的信号强度及已知的 RFID 标签位置比较进行实时定位。第二类典型系统如香港科技大学的LANDMARC（LocAtioN iDentification based on dynaMic Active Rfid8Calibration）系统，定位最大误差为 2 米，平均误差约为 1 米。基于该技术实现米级定位精度需要布设大量参考标签，难以实现大范围推广应用。4）BT 定位蓝牙定位与 WIFI 定位相同，其优点在于蓝牙芯片成本低、功耗低，

19、已在笔记本电脑以及手机中上大量普及。但蓝牙节点远不如 Wi-Fi无线 AP 普及，因此其应用普及程度不及 Wi-Fi 定位系统。5）UWB 定位UWB 是一种无载波通信技术，利用纳秒至亚纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。2002 年 2 月，美国 FCC 正式批准 UWB 商用。由于 UWB 的脉冲宽度极窄，时间分辨率极高，所以 UWB 用于定位具有伪距测量精度高、抗多径干扰能力强的优势。目前典型的 UWB 定位系统有 Multispectral Solution 公司开发的 Sapphire 定位系统以及Ubisense 公司开发的 Unbise 定位系统。UWB 室内定位精度在视距环境下较

20、Wi-Fi、Zigbee、RFID 等定位系统精度大幅提高，但 UWB 系统目前远不及其他系统普及，且作用距离仅为 10 米量级，现阶段的产业推广难度较上述系统更加困难。6）惯性单元（IMU）的辅助定位技术随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanic System，MEMS）技术的普及，各类 MEMS 传感器开始得到广泛应用。目前的手机大多已配置电子罗盘与加速度计传感器，如果能充分利用手机中的电子罗盘信号载体典型定位方式定位精度成本其它不足Wi-Fi基于场强定位米级高室内覆盖能力有限ZigBee基于场强定位米级高RFID门禁方式区间定位，精度低高蓝牙基于场强定位米级高超宽带基于

21、时延或到达角解算视距环境可达亚米级极高9与加速度计，组成惯性测量单元（IMU，Inertial Measurement Unit），融合无线定位系统，将有效提高室内定位精度以及鲁棒性，而且可以降低用于提高室内定位系统信号覆盖所需要的成本。另外，目前在行人定位导航中应用的惯性导航方法是行人航迹推算（Pedestrian DeadReckoning，PDR），其基本思想：利用人员行走过程中加速度的周期性变化，基于加速度计进行人员步频探测；利用行人步长估计模型，基于步行中的加速度特性进行步长估计；利用 IMU 计算航向角；结合人员的步频、步长与航向角，进行航迹推算。基于惯性单元的辅助定位技术具有空间

22、分辨率高的特点，可感知终端亚米级的移动。但该技术必须要有一个已知位置的起点，在此基础上进行位置推算，且误差会随运动过程而逐渐累加。因此，除极少数特殊应用场景外，该技术并不单独使用，而是作为其它定位技术的辅助手段，用以提升系统定位精度，并可在小范围的定位信号盲区实现定位无缝过渡。以上各种定位方法优劣比较见表 1。表 1 不同局域室内定位方式的组合比较惯性单元的辅助定位技术基于行人航迹推算终端亚米级低室内覆盖能力有限，不能单独使用2、广域室内高精度定位技术发展现状1）Locata 系统Locata 系统是伪卫星定位系统，由澳大利亚 GPS 生产商 Locata公司于 2011 年推出，利用多个 L

23、ocataLite 实现 LocataNet 网内纳秒级精度时间同步，并实现定位信号的室内覆盖，室外定位精度达到与GPS 相当。但是，在复杂的城市环境中，其信号容易受到遮挡、反射等影响，室内定位精度降低。由于需建设地面伪卫星定位网，成本较高，推广困难，目前未形成大规模商用。2）GPSOne 定位平台高通公司的 GPSOne 定位是一种基于地面移动通信网络辅助GPS 定位，又称为辅助 GPS（Assistant GPS）定位技术，室外定位精度可达 5 米，室内定位精度能达到 40 米，无法满足高精度室内定位的要求。3）IMES 系统日本的 IMES（Indoor Messaging System

24、）系统通过改造室内信号发射器、移动设备中的内嵌固件及相应的信息服务器，组成了一个无缝的室内定位系统。具有 IMES 功能的定位设备，在室外信号强的地方正常使用 GPS 卫星定位，在室内则利用安装在建筑物内部的信号1011发射器进行定位，定位误差大于 10 米。4）传统移动基站定位系统移动通信基站由于地面网络信号覆盖良好，因此可对室内用户进行定位。目前，GSM、CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA 等在网运行的系统均具备定位功能，第四代通信系统 LTE（Long TermEvolution）也考虑了定位功能，在其 Release 9 中引入了定位参考信号（PRS，Positioning

25、 Reference Signals），用于伪距测量及定位。已有的移动通信基站定位系统包括小区识别码（Cell-ID）定位、环路往返时延（RTD）定位、上行链路信号到达时间(TOA)定位方法、上行链路信号到达时间差（TDOA）方法以及信号到达角度（AOA）定位方法、高级前向链路三角定位（AFLT）、下行链路增强观测时间差定位方法（E-OTD）、下行链路空闲周期观测到达时间差方法（OTDOA-IPDL）等。移动通信基站定位系统较局域室内定位系统成本低、易于普及，现有手机均具有一定程度的定位能力。但目前移动通信基站定位技术由于受非视距及多径干扰大、时间同步精度差等影响，定位精度普遍在百米量级（一般

26、为 50300 米），无法实现米级高精度室内定位。5）TC-OFDM 系统北京邮电大学等机构在国家 863 计划支持下研制成功的TC-OFDM 系统，基于地面移动通信网，利用地面数量众多、分布在全球区域、网络信号覆盖良好的通信基站，实现广域室内外高精度无信号载体典型定位方式定位精度成本其它不足伪卫星(IMES,Locata)基于时延的几何解算米级高无其它增值应用GPSBLOCKIII增强卫星信号，进行定位米级低室内覆盖能力弱移动通信网(GPSOne)基于时延或到达角解算50300米低移动数据通信网基于TC-OFDM信号进行测距定位35米低缝定位。在北京、天津等地开展了消防救援、平安校园的应用示

27、范，示范系统应用测试表明，系统达到室内定位水平精度优于 3 米，垂直精度优于 1 米。以上各种定位方法优劣比较见表 2。表 2 不同广域室内定位方式的组合比较目前，室内定位技术整体还处于开发试验、示范应用验证阶段，还未建立一个大规模商用的室内定位服务应用系统。2 室内外定位导航发展趋势2.1 卫星导航系统性能提升进程加快随着卫星导航应用的深度和广度的逐步扩展，尤其是卫星导航在生命安全、国民经济基础设施、收费与消费、执法等领域广泛应用，用户对卫星导航系统和各类增强系统的服务性能提出了更高要求，卫星导航应用的“天花板”日趋明显。12132.1.1 四大卫星导航系统加快升级与建设GPS 系统由美国空

28、军航天司令部负责研制，研发升级费用高达 55 亿美元，GPSIII 将增强 GPS 信号发射功率，增强信号抗干扰能力，同时提高 GPS 的定位精度。洛克希德马丁公司预计新一代 GPS系统的第一颗卫星在 2014 年 5 月升空。俄罗斯 GLONASS 系统加大财力投入，研发了新型卫星，增加了 CDMA 信号，采用了更为精确的 PC90 时空基准，并加大了空基和地基增强系统的建设力度。欧盟计划在 2019 年完成 Galileo 系统的全部卫星发射并实现全球覆盖，为用户提供更加高效和精确的导航定位服务。我国北斗卫星导航系统（BDS）根据“三步”的战略，已经完成了区域性定位导航服务系统的建设，计划

29、在 2020 年左右，建成覆盖全球的新一代的北斗全球卫星导航系统。2.1.2 空基地基融合的增强技术成为提升卫星导航性能的有效手段利用 GEO/IGSO 卫星进行卫星导航增强信号播发的天基增强系统，是提高导航定位性能的有效手段，如美国的广域增强系统（WAAS）和欧洲地球静止卫星导航重叠服务（EGNOS）等。这些系统对卫星星历及钟差参数，以及电离层延迟误差进行快速精确预报，并通过卫星播发至用户，实现广域实时精准定位和导航，大大提升了卫星导航的性能。在一些高精度导航应用领域，如测绘、国土、精细农业等，采用14连续运行基准站系统（CORS），计算区域的精密定位修正量，通过移动通信网/数字广播网等播发

30、给用户，可以使得实时定位精度达到厘米量级，并提高了系统的完好性、可用性和使用连续性。在未来 10年，空基地基融合的增强技术将是未来 GNSS 发展趋势，满足人们日益增长的高精度、连续、安全可靠导航应用需求。2.2 高精度室内外无缝定位导航成为发展方向2.2.1 高精度室内外无缝定位技术趋向于多系统协同目前，室内外定位技术各有特点，适用范围和定位精度各不相同。卫星定位技术实现了室外的广域覆盖，定位精度达到米级、分米级甚至更高精度，但无室内定位能力。在室内定位技术方面，Wi-Fi/WSN/RFID/UWB 等能实现局部的米级室内定位，而且在多个公共场所已建立了 Wi-Fi 局域通信网络，智能手机、

31、掌上电脑等终端设备具有 Wi-Fi 或蓝牙通信能力，为室内定位服务提供了支撑条件。现有 2G/3G/4G 移动通信网络形成了地面最大覆盖的通信网络，拥有数十亿的用户，利用 TC-OFDM 技术使 2G/3G/4G 移动通信网成为具有室内高精度定位能力的地面广域覆盖网络，在覆盖区域内实现室内外无缝定位。但所有地面通信网络的覆盖范围是有限的，我国移动通信网络覆盖率不足国土面积的 30%，70%的国土通过卫星覆盖实现定位导航。因此导航卫星与地面网络协同、多种地面定位技术的协同以及室内外协同的高精度无缝定位技术已成为未来的发展趋势。2.2.2 定位导航与通信趋向于一体化地面通信网络有最大量基础设施资源

32、和最大的用户消费群体，比如我国拥有超过 100 万的移动基站，手机用户超过 11 亿，车辆用户超过 2 亿，今年计划投入建设 4G 基站达 20 万个；全球拥有移动通信基站达 470 万余个，全球手机用户达 50 亿。近年来，基于地面移动通信网的定位技术研究取得了很大的突破，由于地面网络通信信号覆盖良好，可对室内用户进行定位，在覆盖区域内基于地面通信网络可以实现室内外米级无缝定位，促进了通信与导航的深度融合，可以大幅降低地面室内定位网络建设成本。图 3 描述了从 1980 年代以来及未来通信与定位服务发展状况。GPS系统实现室外定位，导航技术开始商用1980s-1990s美国军方解除了对扩频通

33、信技术的管制，允许其商业化手机位置服务开始普及2000s3G移动通信系统建成局域室内高精度定位技术开始商用局域/短距无线通信系统普及面向大众的广域室内外高精度无缝位置服务未来泛在无线环境的成熟与普及位置服务通信技术广域室内外高精度无缝定位技术研究取得一定突破2010s4G网络建设开始推进图3 通信与定位服务发展趋势最近几年我国提出的 TC-OFDM 定位系统突破多项基于移动通信网络的室内高精度定位关键技术，精度较传统移动通信网定位系统大幅提高，实现了广域高精度室内定位。并且随着新一代通信网络 LTE开始在全球进行的推广应用，搭载 LTE 网络的室内定位技术也将会随之得到广泛应用。15163 我

34、国室内外高精度定位发展机遇3.1 北斗系统形成区域服务能力2012 年底，中国北斗卫星导航系统开通运行，形成了覆盖亚太地区的区域定位导航服务能力。开始向亚太地区正式提供连续无源定位、导航和授时等服务，且民用服务与 GPS 一样免费。系统定位精度达到水平 10 米、高程 10 米、测速 0.2 米/秒、单向授时 50 纳秒，服务性能也与 GPS 相当。3.2 室内外高精度定位导航关键技术取得重大突破3.2.1 突破广域实时精密定位技术并建立应用服务系统在国家 863 计划支持下，武汉大学等研究机构先后突破了多系统融合精密定轨与时间同步、多系统全球电离层延迟与硬件延迟处理、广域精密单点定位模糊度固

35、定、区域电离层精化改正、区域非差网络RTK 处理、终端非差统一处理等一系列核心关键技术，建立了融合区域增强的全球高精度定位应用服务系统，具备全球与全国范围实时定位精度单频 1 米级、双频分米级，重点区域厘米级的实时动态精密定位能力。该系统与传统广域（全球）差分定位相比在精度上提高了一个量级，并且实现了不同覆盖范围的多层次融合定位服务能力，成为迄今为止国际上为数不多的投入少、定位精度高、具有先进水平的自主研制的广域性精密定位系统之一。该系统能提供全球、全国及重点区域不同层次的卫星导航精密定位增强信号，将使我国在卫星导航精密定位领域的应用水平和技术实力提升一个台阶，达到了国际先进17水平。依托 8

36、63 计划研究成果与平台，建立了我国首个省级北斗地基增强系统（即：湖北省北斗精密定位服务系统）。并取得了多项技术创新，其中包括北斗三频基准站接收机和北斗三频组合快速模糊度确定方法；北斗和 GPS 高精度联合快速高可靠的定位模式；北斗三频快速收敛的精密单点定位方法；北斗高精度广域单频定位方法等。经测试，采用北斗三频实时精密定位技术，其定位精度平面和高程分别达到2cm和5cm；采用北斗单频差分导航技术，实时定位精度达到1.5m，分别满足精密定位用户和导航用户需求。该系统在精密定位初始化时间和环境适用性等方面优于基于单 GPS 的增强系统，各项指标达到或优于国际当前 GPS 地基增强系统的水平。3.

37、2.2 突破城市室内外无缝定位技术并建立应用示范系统在科技部 863 计划支持下，北京邮电大学等多家机构在广域室内外无缝定位技术方面联合攻关，在通信导航信号体制、地面非视距抑制、多径抗干扰、高精度测距、室内外无缝协同定位、星地组合以及导航通信一体化等关键技术方面取得了突破，提出了 TC-OFDM 的通信导航融合新体制，实现了基于移动基站的水平 3 米、垂直 1 米的室内外无缝高精度定位。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支撑，具有广泛的应用前景。依托上述研究成果，2011 年北京邮电大学在校园开展了示范应18用。2012 年下半年，北京邮

38、电大学联合其他单位成功研制出了基于室内外高精度无缝定位的消防应急救援应用平台，并在天津完成了范围在 60 平方千米的应用示范项目建设，包括室内地理信息系统数据库的构建，基站核心设备及移动定位终端、室内增补系统的研发，网络侧服务平台的搭建、示范区内的基站建设与增补网络布设，并开始在消防领域进行示范应用。2013 年底将完成覆盖范围达 200 平方千米的应用，并逐步推广到天津市及全国范围。前期示范测试结果表明，系统定位精度达到室内外水平精度优于 3 米、垂直精度优于 1 米。十一五期间，在城市大型建筑定位技术研究方面，北京邮电大学牵头完成的 863 课题“大型建筑物复杂环境室内定位系统关键技术与示

39、范”研究成果成功应用于北京、上海、广州、成都、重庆、深圳、西安等城市的重点区域。包括首都机场、白云机场等 8 大机场共 22个航站楼的室内位置服务，实现了 3-8 米精度室内定位；构建了人员定位和基于位置的资产管理平台及基于位置的旅客个性化服务推送平台，大幅提升了大型建筑精细化管理与安全保障水平；充分利用机场服务资源，给每个旅客提供个性化的服务指导与宾至如归的机场体验；还可以大幅提升机场的非航经济效益。3.3 初步形成了室内外高精度无缝定位技术标准体系国内有大量的研究机构和企业从事室内外定位导航研究，室外定位已经形成了相关标准，推动了产业化与位置服务的发展。随着室内定位及室内外无缝定位关键技术

40、的突破和推广应用，其技术标准体系用户用户层层用户终端精密定位中间件位置服务商服务服务层层室内外定位信息服务系统精密定位信息播发位置信息服务服务业务管理信息信息处理处理层层协同实时精密定位信息处理中心广域实时精密定位处理室内高精度定位处理基础基础资源资源层层室内外定位与服务基础资源平台GNSS连续运行基准站地面无线定位设施地理空间数据资源研究具有十分重要的意义。在科技部、工信部等多个项目支持下，开展了科学可行的室内外定位技术与服务标准体系研究，重点内容包括基础资源、信息处理、信息服务、用户终端、中间件等，初步形成了室内外高精度无缝定位技术标准体系，如图 4、图 5 和表 3 所示。卫星导航系统北

41、斗/GPS/GLONASS/Galileo支撑条件通信网络卫星通信/移动通信/互联网/广播网图 4 室内外定位服务技术体系结构图图 5 室内外定位服务功能信息流结构图19功能分类序号标准类别1、基础资源层1.1GNSS连续运行基准站系统1.2移动通信定位设施1.3空间数据及互联网信息资源1.4计算处理与存储2、信息处理层2.1广域实时精密定位处理2.2室内高精度定位处理2.3室内外协同处理3、服务层3.1精密定位信息播发3.2位置信息服务3.3服务业务管理4、用户层4.1用户终端4.2精密定位中间件4.3位置服务商表 3 羲和系统规范分类表4 发展羲和系统支撑导航与位置服务产业发展羲和系统是我

42、国自主设计的室内外高精度定位导航系统，该系统是基于协同实时精密定位技术（Cooperative Real-time Precisepositioning ，CRP）构建的广域室内外高精度定位导航系统。该系统以北斗/GNSS、移动通信、互联网和卫星通信系统为基础，融合广域实时精密定位和室内定位等技术，实现室内外协同实时精密定位，具备室外亚米级、城市室内优于 3 米的无缝定位导航能力。羲和系统是我国自主建立的高精度室内外无缝定位导航服务基20WiFi/RFID/UWB内21础设施，是连接北斗系统和广大普通用户的最直接的接口。羲和系统与其他定位系统之间的关系如图 6 所示，从中可见，其在定位精度和应

43、用范围上都具有比较明显的优势。（WAAS/EGNOS/QZSS）广域实时精密定位（MASS）CORS局域GNSS定 (北斗/GPS/GLONASS/Galileo)广域高精度室内外无缝定位 空基增强（室蓝 位牙）（TC-OFDM）羲和（XIHE）区域增强图 6 羲和系统与其他定位系统之间的关系4.1 建立和完善我国室内外高精度定位导航技术体系标准在国家科技计划的支持下，科技部组织国内卫星导航优势单位已完成室内外定位服务体系架构、GNSS 基准站实时数据传输格式、L频段 TC-OFDM 系统地面基站技术规范、个人位置导航电子地图物理存储格式等 8 项羲和系统技术规范的制定（详见附件）。下一步将开

44、展协同实时精密定位的国家、行业和产业标准，包括协同实时精密定位体制与接口协议、广域实时精密定位信号接口协议、室内定位信号接口协议，以及手机室内外定位规范和相关服务标准的制定工作。224.2 攻克北斗地面增强网络建设技术障碍，加快推进室内外高精度无缝定位系统建设羲和系统瞄准解决卫星导航星座信号到达个人移动终端“最后一公里”的问题。羲和系统的技术突破，为北斗地面增强网、广域室内外无缝高精度定位系统建设解决了关键技术问题，为进一步应用推广扫除了技术障碍，极大推动了北斗定位导航的应用。我国各大企业纷纷支持羲和系统建设和应用推广，各行业部门、地方省市提出建设或更新原有 GPS 地面参考站网，引入北斗系统

45、信号建设地面增强系统，融合北斗卫星和地面通信广播网络资源建设并形成广域室内外无缝定位系统；中国电信、中国联通开展了定位及服务的示范；华为、长虹、合众思壮等企业开始研究将北斗信号接入手机应用中，并已取得了良好进展，基于位置的服务市场更是快速发展，例如导航信息提供商高德软件公司 2012 年已拥有超过 1 亿手机用户，年增长速度超过100%；“寻鹿”、“翼周边”等多个位置服务应用平台发展十分迅速。高精度的信号催生了位置服务的更多应用开发，餐饮、电影、旅游、游戏等领域发展迅速，应用方式和规模快速成长，极大拓展了室内外导航定位的市场空间，并提供了更多的就业机会。当前 863 计划专家组正在推动实现手机

46、支付与位置服务的结合，这将彻底打通定位信号、位置信息、个人消费这个链条，使虚拟世界与现实世界得到更好的链接。234.3 发展羲和系统，提升北斗国际竞争力和影响力北斗系统比美国 GPS 起步约晚 30 年，市场推广也才刚刚起步，若仅从卫星导航系统本身的竞争力来讲，北斗系统目前还不具备优势。羲和系统正是瞄准了目前可见的导航应用的终极目标：公众应用、室内外全空间无缝信号服务。考虑到公众用户超过 80%的时间的需求是卫星导航信号无法服务的室内环境，羲和系统通过延拓卫星导航系统的应用广度和深度，将应用和竞争转移到了一个新兴的坐标系中进行。在这里，美国、俄罗斯等国家的先发优势已不明显。因此，国内外都在全力

47、攻克这一核心瓶颈技术，如近年来我国在移动通信广播网络的室内定位关键技术方面取得的重大突破，通过羲和系统建设将实现室内外高精度无缝定位与导航服务，大幅提升我国北斗的核心竞争力。羲和系统一经提出引起了美国、欧盟等多个国家政府，以及该领域国际巨头的高度关注。东盟相关国家如文莱、老挝、柬埔寨等都给予积极响应，表示愿意合作共同实施“基于北斗的广域精密实时定位系统东盟应用示范项目”。目前，我国已经与文莱、老挝、柬埔寨、泰国等签署了合作意向，以技术和产业优势，与东盟国家科研机构合作建立北斗应用系统的“交钥匙工程”，推动中国-东盟北斗系统技术合作培训中心的建设。国际跨国公司也通过各种渠道，征询北斗系统进展情况

48、和政策措施，探讨合作的可能性，如诺基亚联合三星、索尼等 22 家公司联合发起室内定位攻关，希望在技术创新研究上开展信24息交流。4.4 应用示范带动产业发展按照羲和系统的规划部署，2015 年，将在我国 10 个城市、三个行业开展羲和系统示范工程建设，并逐步向全国推广。开展在大众位置服务、交通出行服务、物联网、智慧城市、精准农业、应急救援等领域的应用示范。2020 年，实现“百城亿户”的应用推广目标，通过提供高品质位置服务，提升市场容量，创新应用服务与商业模式，带动产业链全面发展，促进相关传统产业的改造升级，形成导航与位置服务战略性新兴产业。25附件 羲和系统技术规范（1）室内外定位服务体系架

49、构（2）GNSS 基准站实时数据传输格式（3）GNSS 广域实时精密定位数据处理技术规范（4）GNSS 广域实时精密定位信息播发格式（5）L 频段 TC-OFDM 系统地面基站技术规范（6）L 频段 TC-OFDM 系统室内增补技术规范（7）个人位置导航电子地图物理存储格式（8）基于网络传输的导航电子地图数据更新规范姓名单位职务/职称施闯武汉大学教授房建成北京航空航天大学教授周建华解放军61081部队研究员吴海涛中国科学院光电研究院研究员杨强文航天装备总体研究发展中心研究员刘建中国交通通信信息中心教授级高工蔚保国中国电子科技集团公司第五十四研究所研究员郭树人航天装备总体研究发展中心研究员程鹏飞中国测绘科学研究院研究员袁洪中国科学院光电研究院研究员战兴群上海交通大学教授曹红杰北京合众思壮科技股份有限公司高工孙玉国北京四维图新科技股份有限公司高工李欣中国民用航空局空中交通管理局高工邓中亮北京邮电大学教授26白皮书编写专家组名单