地下空间精度小于2m，北斗+5G开启融合定位新时代

现在网络已经大部分覆盖了我们生活和工作的区域，“网络已连接”成为了我们日常不可或缺的一部分，但是我们在乘坐高铁、地铁时，仍会出现“网络信号不佳”甚至是“网络已断开”的情况。

在地面，我们通信是通过基站4G、5G组网信号覆盖，导航等也可以直接通过北斗定位，但在地下，由于建筑遮挡导致室内接收的信号波被削弱甚至被阻挡，导致了地下通信信号弱的现象普遍存在。同时，地铁的高速移动让地下信号回传定位更是加大了难度。

3月20日，我国首个地铁北斗定位系统在北京开工建设，此次“超大城市轨道交通系统高效运输与安全服务关键技术”项目采用了室内 北斗+5G 融合的定位技术，来实现室内定位信号的播发，让用户可以接收到导航定位的信号， 使地铁站地下空间的定位精度提高到优于2米 。该系统可用于车辆调度、客运组织、应急处置，同时还能让乘客能够在地下环境使用手机地图，并通过三维立体导航实现地铁站内的定位导航。

北斗+5G魅力何在

北斗卫星导航系统（简称：北斗系统） 主要是为全球用户提供全天候、全天时的定位、导航和授时服务。在2020年7月31日，北斗三号系统建成开通并提供全球服务，北斗系统进入全面推广应用的新阶段。

但北斗系统主要是解决室外的定位需求，在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、救灾减灾、公共安全等方面都得到了基础的应用。其在室外的定位精度在10米左右，且测速精度为02米每秒，授时精度为20纳秒左右。但由于卫星信号无法覆盖室内且对环境免疫性较差，无法满足室内定位以及室外遮挡等复杂区域定位的必要条件，其在室内的应用也被大大限制了。

5G组网 是利用基站部署，具有密集组网、大带宽和多天线等对定位有利的条件，且其空中接口时延低至1ms，移动性支持500km/h的高速移动等，基于5G通信网络的定位技术可在室内实现亚米级甚至分米级的定位精度。

像地铁这类高速通行的地下环境，北斗+5G的深度融合可构建室内外覆盖定位体系，结合 5G大带宽、低时延、广连接 的优势和 北斗系统的导航定位能力 ，大大提高复杂室内环境的定位精度。

地铁北斗定位系统是首次应用在地铁的北斗+5G解决方案，但其实这项融合定位技术早已在市场出现。2021年4月，中国移动开发5G+北斗精准导航系统，并在重庆解放碑地下环道进行试验。

室内定位已是刚需

RFID（射频识别）技术： 利用射频方式，固定天线形成电磁场，附着于物品的标签经过磁场后感应电流生成把数据传送出去，从而进行非接触式双向通信交换数据，实现移动设备识别和定位的目的。它可以在几毫秒内获取厘米级的定位信息，且电磁场具有非视距的优点，RFID室内定位技术也具有传输范围大、成本较低的特征。但其不具有通信能力，抗干扰能力较差，不便于整合到其他系统之中，且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善，因而一般应用在物流、仓库定位中。

WiFi技术： WiFi室内定位分为两种，一种是利用移动设备和无线网络接入点组成的无线局域网络，通过差分算法，来比较精准地对人和车辆的进行定位追踪。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度，通过新增设备的信号强度与巨量数据库对比，来完成定位跟踪。WiFi定位最高精确度大约在1米至20米之间，但Wi-Fi接入点通常都只能覆盖半径90米左右的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，定位器的能耗也比较高。

ZigBee技术： ZigBee是一种短距离、低速率的无线网络技术。它主要是利用无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，通过传感器之间的相互协调通信进行设备的位置定位。因此ZigBee最显著的特点就是低功耗和低成本，但局限就在于信号传输受多径效应和移动的影响都很大，其衍射能力弱，穿墙能力弱。普遍用于大型的工厂和车间的人员在岗管理系统。

蓝牙技术： 作为一种短距离低功耗的无线传输技术，利用蓝牙接入点与用户连接，通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。蓝牙最大的优点是设备体积小、短距离、低功耗，容易集成在手机等移动设备中。但对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。然而近些年大火的 蓝牙AOA 以接纳器和发射器为基础，能够在确认的区域内经过多天线丈量信标信号，以及三角形定位法，来核算出信标设备准确方位，精度可高达01里面，但蓝牙AOA的部署环境大部分要求在1-3米的精度场景内。

UWB（超宽带）技术： UWB是近些年兴起的一种传输速率高，发射功率较低，穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线通信技术，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有31~106GHz量级的带宽。UWB定位精度可达到亚米级，多应用于室内静止或者移动的活体定位跟踪，但依然存在功耗和成本需优化的问题。

融合定位是未来之势

前文已提到了常见的六种室内定位技术，但物联网的碎片化现象，使得单一技术无法很好地满足场景需求应用，因此融合定位成为了行业需求的趋势。

在去年中国卫星导航定位协会发布《2021中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》中指出，2020年全行业总产值同比增长169％，达到4033亿元。其中 高精度定位市场增速远超全行业，2020年同比增长475%，总产值达到1104亿元。 从2010年到2020年的11年之间，高精度定位产品年销售收入增长了10倍，年均复合增长率高达26%。

单一的定位技术无法填补海量市场差异化的需求，因此类似于 “北斗+”，“5G+”，“UWB+”等融合定位技术 逐渐被推出，逐步完善产业链。像自动驾驶、智慧交通在技术快速演进阶段，“北斗+5G”技术成为了新型的解决方案；在智慧矿井的人员定位系统中，“UWB+ZigBee”技术比单一运用UWB更灵活等等。融合定位可以在单一定位技术上进行缺陷互补，能在场景应用中将功耗、成本、定位精度进行最优化的把控，打造精细化定位方案。

未来，融合定位将会大放异彩。

世界上存在着四个卫星导航系统，它们分别是中国北斗卫星导航系统，美国GPS卫星导航系统，俄罗斯卫星导航系统，欧洲伽利略卫星导航系统。这四大卫星导航系统中，除了美国GPS卫星导航系统完善之外，另外三大卫星导航系统还正在建设和完善中。7月31号，我国宣布北斗三号系统正式开通，这对中国科研领域造成什么样的影响呢？

第1个影响：便于精准定位

卫星定位系统的主要功能是完成定位和导航。军事上会用到导航和定位，生活中也离不开导航和定位。比如说我们自己开车去旅游时，需要依靠卫星导航系统才能找到准确的目的地。微信有一个位置共享功能，这也是利用了卫星导航系统。北斗三号系统开通之后，可以进行精准定位，并不是说没有开通之前，我国卫星系统不能准确定位。而是北斗三号系统开通之后，大大增加定位度。

第2个影响：与其他技术相融合，提高科技完成度

2020年，我国5g技术迎来了新高度，无论是基站建设的方向与位置，还是5G智能手机普及程度，都到达新层面。然而，5g移动通信要想得到更快的发展，必须和区域链、物联网和人工智能等新科技相融合。北斗卫星系统能完成各个区域的衔接，北斗三号系统的开通，将各大区域的连接变得更加密切。

第3大影响：弥补系统漏洞

由于各种原因，我国北斗卫星导航系统不能在外国建立地面站，卫星导航系统要进行数据传输。北斗三号系统的成功开通，标志着该难题得到很好的解决。北斗三号系统克服各种难题，设计师将它设计成可以进行行星与行星之间，行星与地球之间互相传输的卫星系统。

总而言之，北斗三号卫星系统的开通标志着我国卫星系统建设迎来了新篇章。

5G+北斗融合引领新基建
北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。
而我们逐渐熟知的5G技术具备高速率、低时延、大带宽的优势，开创了崭新的数字化智能时代，正在赋能千行百业，深刻改变着社会生活。
一张是“地上的网”，一张是“天上的网”，5G与北斗的相遇能够擦出什么样的火花？
在近日举行的中国北斗应用大会暨中国卫星导航与位置服务第十届年会上，一批北斗实际应用吸引了众人的目光，也让更多人意识到，“5G+北斗”这个智能化时代的融合基础设施，正在成为新一代信息技术和产业发展的制高点。
5G 最大的优势在于“快”，比4G网络传输速度快100倍，同时时延低于1毫秒。而北斗的优势在于“准”，据中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其介绍，北斗系统全球范围定位精度优于10米、测速精度优于02米/秒、授时精度优于20纳秒、服务可用性优于99%。
当5G的“快”遇上北斗的“准”，二者的融合将满足全覆盖的高精度需求，相互赋能，彼此增强。当前，我国正在推进新基建战略，注重七大领域的高科技产业基础设施的数字化、智能化建设，而基于“5G+北斗”的通信技术与精准时空技术的融合及应用，将是这些领域基础设施信息化、智能化升级改造不可或缺的重要手段。正如中国卫星导航定位协会会长于贤成所说，北斗系统正在加速与其他的新技术融合，特别是与物联网、无人驾驶、人工智能、5G、区块链等战略性前沿技术的融合，成为打造新型基础设施重要的赋能手段。
随着“5G+北斗”探索的深入，融合发展“5G+北斗”，一方面通过5G对北斗导航系统的支持，将北斗推向全球，利用5G产业规模优势促进我国北斗事业的发展；另一方面也利用北斗高精度定位助力满足5G+工业互联网以及车路协同等对定位精度越来越高的需求。

实时导航、快速定位。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度02米/秒，授时精度10纳秒。

其他特色功能：

1、精确授时

北斗卫星本身是我们国家的一个授时系统，北斗三号卫星上的星载铷原子钟的精度处于国际领先水平，可以达到每天100亿分之5秒。目前这一功能已应用于通信、电力、金融等系统。

2、位置报告

通过两颗地球同步轨道卫星联手，不仅能回答用户“我在哪”，还能告诉关注用户行踪的相关方“你在哪”，广泛用于搜救、渔业等领域，是保障民生安全的“千里眼”。

3、短报文通信

导航卫星和通信卫星是两种类型的卫星，但北斗导航卫星却附加了通信功能。这个功能在沙漠、远洋、深山、森林等没有网络覆盖的地区，或者是灾害发生、通信受阻时至关重要。

伴随着5G移动通信、区块链、物联网、人工智能等新技术的持续发展，以及与北斗系统的进一步融合，构建以北斗时空信息为主要内容的新兴产业生态链，推动生产生活方式变革和商业模式不断创新，将创造出巨大的经济效益和社会效益。

正如首任北斗卫星导航系统总设计师孙家栋院士曾说的那样，“北斗的应用只受人类想象力的限制”。北斗未来的应用价值，完全不可估量！

从大到伟大，一直是公众对中国企业的期待。企业的成长，是中国经济的一面镜子，也是国家进步的一个标志。从头部企业到独角兽再到小微企业，都氤氲着更多的选择以及更好的未来。那些“怀璧”的企业，孕育着独特的经营之美。它们或是有着不为大众所熟悉的技术创新，或是服务加分，或是 社会 责任，或是瑰丽创意，这些都构成公司的“巧实力”，为人民对美好生活的向往添砖加瓦。

等行李是大多数人航空出行的欠佳体验。而在即将投入运营的大兴国际机场，随着超宽带（UWB）高精度室内定位系统的使用，10厘米的精度，将使托运行李追踪“尽在掌握”。

“行李有迹”的背后，是一家民营卫星导航企业的身影——合众思壮。人们耳熟能详的GPS、北斗等卫星导航系统如何“飞入寻常百姓家”，运用到手机导航、物流跟踪、工程测量、精准农业等领域？这其中有一个千亿级规模的行业市场。

从代理国外终端产品起家，到自主研发出全球首颗支持全信号的导航芯片，过去的1/4个世纪，合众思壮的成长见证了中国卫星导航产业的发展路径，也诠释了中国经济转型迭代的升级历程。

“自主研发的投入是巨大的。”在位于北京亦庄经开区的合众思壮新时空科创中心，负责技术研发的公司副总裁吴林颇为感慨，“但我们一直想得很明白，这条路要坚定不移地走下去”。

与北斗共同成长

“3、2、1，点火。”6月25日2时9分，西昌卫星发射中心，长征三号乙运载火箭成功发射第46颗北斗导航卫星。这是北斗三号系统的第21颗组网卫星，2020年整个北斗三号将全球组网、高精度的导航定位服务覆盖全球。

在这次发射前一个月，由合众思壮自主研发的全球首颗全面支持北斗三号民用导航信号体制的高精度基带芯片“天琴二代”在京正式发布。

“公司的发展与北斗导航系统的建设基本是同步的。”吴林向记者回顾合众思壮发展 历史 时提到。

1994年，美国GPS系统进入民用领域，中国的北斗卫星导航试验系统正式立项。这一年，在北京航空航天大学任教的郭信平辞职下海，注册成立了合众思壮公司，成为首批进入卫星导航领域的企业之一。

“卫星导航应用只受想象力的限制。”彼时的中国，市场经济的地位刚刚确立不久，到处都是蓝海，卫星导航产业更是如此。拿下美国最大的导航型GPS生产商——佳明公司中国总代理的合众思壮，在渔船市场掘到第一桶金后，又搭上了迅速扩张的车载导航市场发展“快车”，就此完成了原始的资金积累和市场开拓。

在吴林看来，前十年的发展很重要。“没有前十年的资本积累和市场开拓，可能就没有后边这十几年的快速发展。在中国，很多企业都走过了类似的道路。从一个贸易型的或者说代理别人的产品销售的企业，走向自主产品研发，最终实现完全自主可控。”

转型发生在2010年前后，由于业务调整，合众思壮与佳明分道扬镳，合众思壮的业务模式逐渐从加工代理转向自主生产研发。郭信平曾形容这种转型是“丢了一块东西，我们要用自己的东西把它补充上来”。

另一个背景则是北斗导航系统的加速组建。2012年，北斗二号系统成功组网，开始向亚太地区提供服务。在政策层面，一系列旨在加快推动北斗卫星导航系统在民用领域的推广应用和产业化发展的举措密集出台。这期间，合众思壮不仅成功登陆资本市场，还收购了全球第三大高精度卫星导航定位芯片与板卡企业Hemisphere。

天琴迭代

不久前，欧洲伽利略卫星导航系统出现5天的宕机，在行业内部引起了不小震动。不过，对于大多数普通人而言，伽利略的“停摆”对生活并没有造成影响。但宕机带来的启示在于，如果此次出现故障的是GPS系统呢？

一个完整的卫星导航产业链包括上中下游，上游是基带及射频芯片、板卡等基础元器件，中游是承载定位功能的终端设备，下游则是包括系统软件在内的运营服务内容。其中，射频及基带芯片，是产业链的基础。

长期以来，由于GPS的优势地位，上游领域的主导权被美国企业牢牢把控，而北斗的出现打开了一个缺口。合众思壮在今年5月推出的天琴二代，将支持的频点从24个增加到31个，做到了对所有导航系统信号的支持。

吴林表示，卫星导航芯片中的频点其实就类似于智能手机芯片中的网络体制。芯片支持频点数量的多少，可以理解为是手机支持3G或4G的区别。“支持的频点越多，意味着同时接受处理导航信号的能力越强。”

目前，天琴二代是全球首枚支持全 星座 全频点的基带芯片。而在实践中，要实现这一目标绝非易事。全 星座 全频点意味着要对目前所有卫星信号统统进行仔细的梳理分析，并且要在55纳米的芯片上实现对这些信号处理通道的设计排布。“一般的民用导航芯片只有40多个处理通道，但在天琴二代上，集成了1100个通道。”吴林介绍。

相较于分析目前已知信号，对未知的感知更为棘手。吴林说：“我们在通道上留了个后门，通过设置一个灵活相关器的技术，同时搭配相应的软件配置，实现了对未来产生的新的卫星导航信号进行解调。也就是说，未来的信号怎么改变，通过软件，我们也可以同步改变。”

创新激励

在 科技 创新领域，后起之秀往往会遭遇技术封锁和专利壁垒。在近些年，国际上对集成电路领域的技术出口管制越来越严苛，这对企业引进新技术也带来了不小的风险。如何破局成为技术创新型企业需要共同解决的问题。

谈及此事，吴林表示，任何一个行业，只要是做技术的，都会在不同程度上受到一些影响，最主要的一个影响就是专利。“对合众思壮来说，在技术领域的破局是肯定要做的。”

例如，在卫星导航领域，有一项窄相关技术，可以提高接收机定位性能，但这一专利国外企业已经申请了。“你明知道对方的处理算法很好，但你就是不能用，那怎么办？你必须得自己去创新，找条路子把它绕过去。”

破与立，一体两面。随着国内知识产权保护力度的加大，企业对专利申请和保护也越来越重视。据吴林介绍，在专利申请方面，目前公司有专业人员从事这一工作，负责技术查新、保护范围等工作。另一方面，企业内部已经建立起一套激励机制，鼓励技术人员进行 科技 创新。“我们公司有专门的奖金，技术人员申请专利被受理奖一次，专利获得通过再奖一次。”

据了解，作为国内较早从事北斗研发的公司，合众思壮目前拥有国内授权专利152项、国外授权专利44项，累计申请PCT国际专利12项、软件著作权710项。

掌握核心技术给公司带来了实实在在的发展。在吴林看来，拥有核心技术，才可以不断有效地改善终端产品，保证整体系统方面技术的领先性。同时，也可以保证它在成本方面的竞争优势。

竞逐全球

根据《国家卫星导航产业中长期发展规划》，到2020年我国卫星导航产业规模将达到4000亿元，北斗卫星导航系统对国内卫星导航市场贡献率约60%-80%。

在全球层面，随着GPS三代卫星重启发射，欧洲和俄罗斯的卫星导航系统建设有条不紊地展开，印度、日本、巴西等国也正在筹谋。从应用端看，随着物联网、智慧农业、无人驾驶等新业态的成长，对导航精度的需求越来越大。

以上种种，意味着卫星导航产业的大航海时代即将到来。

而近年来合众思壮的一系列并购案可以看出公司走向全球的“野心”。在2013年收购北美半岛股份之后，公司还先后拿下了意大利测绘企业STONEX、加拿大上市公司AgJunction等国外公司。目前，合众思壮已构建了包括中国、美国、加拿大、意大利在内的国内外产品研发生产与营销架构体系，产品遍布全球的90多个国家和地区。

而这一思路一定程度上复刻了国际卫星导航产业的领军企业——美国天宝导航（Trimble）的发展路径。自2000年往后的十年里，天宝进行了100起左右的并购，由此成为一家深耕于GPS全产业链的龙头企业。

“和北斗系统从区域走向全球一样，我们希望合众思壮不只是一个单纯的中国企业，而是一个面向全球的企业。”临近采访结束，吴林向记者袒露合众思壮的愿景。他表示，在接下来的应用场景中，卫星定位只是其中一部分，例如智慧农业中挖掘机的自动 *** 作，还需要与视觉传感器等相关技术进行集成融合，而合众思壮的产业链将覆盖高精度的专业产品、平台建设和运营服务。

“天琴”藏“牛郎织女”

对新产品的命名向来是件讲究事儿。但“天琴”一名的由来却颇有些偶然色彩。

天琴座，国际天文学联合会所定的88个现代 星座 之一。但在访谈中，合众思壮市场公关部经理张瑞丰回忆说：“这是一个牛郎和织女的故事。”

灵感最初源于引力波事件。“天琴一代”首发于2016年，这年2月，人类首次宣布探测到引力波，即便是从现在看，这依然是天文界的大事件。而中国的引力波探测项目就叫“天琴计划”。

带着些“蹭热点”的想法，“天琴”这个名字浮现了出来。张瑞丰介绍称：“天琴座的主星是国人熟知的织女星，作为一颗卫星信号处理芯片，织女的形象与芯片的功能天然契合，也寄托公司编织‘中国精度’的愿景。”

另一方面，在卫星导航领域有两种主流的信号增强系统——星基和地基。“天琴”芯片属于星基增强，用 星座 命名也凸显出这一特点。

“织女”出现了，“牛郎”在哪儿呢？

三年后的2019年“天琴二代”发布会上，合众思壮正式发布的Phantom与Vega两个系列的高精度板卡新品，除搭载“天琴二代”基带芯片外，还加入有“天鹰”宽带射频芯片和Cygnus天鹅抗干扰技术。

河鼓二，“天鹰座”的主星，俗称牛郎星。射频芯片的功能主要在于捕获、接收卫星信号。以牛郎星主 星座 命名，“天鹰”也代表着该产品具有强大的信号捕获能力。二者的完美结合在象征板卡卫星信号捕获、跟踪及处理能力更强劲的同时，也被赋予了一层带着浓浓中国文化特质的浪漫色彩。

天鹰是信号捕获，天琴是信号处理，天鹅是信号抗干扰技术。在夏季夜空，3个 星座 的主星呈等边三角形，组成了著名的夏季大三角。在吴林和张瑞丰看来，这个“铁三角”，也象征着融合三项技术的产品可以更好地实现高精度定位。

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