关键技术与服务系统优化

为提高导航定位的精准度，可以从卫星（基站）信号发射端和移动终端两个方面进行改进。从信号发射端的处理机制看，利用地球同步卫星或地面参考站构成新的定位数据通信链路，能够分别从广域或局域对卫星信号系统进行增强，从而构建形成广域增强系统（WASS）和局域增强系统（LAAS），有利于从信号源头处提高定位的精准度。而从移动接收端的处理机制看，也可以通过各种软硬件技术手段来提高定位的精准度。

（1）精准定位技术

1）多卫星/多模组合定位技术

所谓多卫星/多模组合定位技术，是指一台移动终端在同时捕获多种卫星广播信号后，对这些位置信息进行综合分析，以获取更加精确的地理位置、移动速度和基准时间。这种定位技术已被广泛应用到高精度差分导航，自主精确导航和其他领域的精密测量上，其本质是移动端具备同时处理多种卫星广播定位信号的机制。

以GPS/GLONASS终端为例，接收机将GPS和GLONASS的各种信号组合为一个数据单元，为用户提供仅用GPS接收机或仅用GLONASS接收机无法获得的数据信号。由于GPS和GLONASS两种星基导航系统在系统构架、定位机理、工作频段、调制方式和星历数据结构等方面基本相同，两套系统具有良好的兼容性和互补性。将两个系统组合使用不仅能填补单一系统存在地理空间覆盖空白，还可提高系统观测结果的精度和可靠性。

多卫星组合定位技术已经有芯片级解决方案。例如，博通（Broadcom）公司设计的BCM47531移动芯片可以跟踪包括GPS、GLONASS和中国北斗卫星在内的5类定位信号，当某一类定位信号失效时，该系统还能给出相应的提示信息。BCM47531芯片被嵌入到三星公司部分Galaxy S5智能手机上，内嵌该移动芯片的智能手机可同时采集到多颗卫星广播信号，并对这些信号进行组合运算，从而得到更加精准的位置信息。

2）地基型卫星信号处理技术

在高楼林立的城市核心区域，GNSS卫星信号容易受到建筑等障碍物的遮挡，在此情况下移动终端极易因卫星信号强度太弱而无法正常工作。为解决上述问题并尽量缩短终端设备的初次定位时间，业内推出一种借助移动通信网络的增强型定位技术A-GPS（Assisted Global Positioning System，辅助全球卫星定位系统），其本质是移动端具备同时处理卫星广播定位信号和移动通信定位信号的机制。

A-GPS系统中增加了一个新的数据链路：“GNSS卫星—GPS信号接收机—GPS服务器—移动基站—移动终端”。也就是说，有了A-GPS这种辅助定位机制后，地面的移动终端除了能够直接从GNSS卫星接收信号外，还能够通过新的数据链路更加快速地接收到GNSS定位信号。辅助系统通过GPS信号接收机保存GNSS卫星完整的轨迹信息，再通过GPS服务器和移动基站交换中心，将卫星运行轨道星历数据通过2G、3G等蜂窝移动通信信号发送到移动终端上，实时更新终端芯片上的星历，从而避免了导航卫星和移动终端无法直接通信的不利情况。

图8-1　A-GPS服务定位系统结构图

与独立的卫星导航定位技术相比，A-GPS技术有各方面的优势：首先是可以缩短定位时间，因为通过蜂窝移动网络提供GPS辅助信息，不需要移动终端接收GPS卫星广播数据；其次是可以降低终端的耗电量，由于不需要对卫星进行全频段扫描和跟踪，而定位时间也被缩短，因此终端的耗电量大大降低；再次是提升了定位灵敏度，在靠近建筑物或者天气不好等相对恶劣环境下，辅助数据可以帮助终端直接锁定卫星定位，而不至于出现独立GPS定位模式所导致的定位失败。

除此以外，A-GPS定位系统还可获得用户的位置数据，这些数据如果能够很好地被后台服务器所利用，通过大数据算法进行解析，则可以形成更多优秀的LBS业务和应用。

3）短距离移动通信增强技术

在室内封闭场所和室内外融合空间，Wi-Fi、RFID和蓝牙等组网技术可以与其他导航定位技术协同工作，实现更加精准的移动定位服务，其本质是移动端具备同时处理广域定位信号和短距离无线通信定位信号的机制。短距离移动通信定位技术在近年来已经有较多商用的报道，在移动芯片设计商和移动终端制造商的推动下，市场正逐渐接受这种新型的定位技术。

短距离移动通信增强技术

①高通公司的IZat定位技术

高通公司旗下的高通创锐讯（Qualcomm Atheros）推出针对室内定位应用的芯片组与企业Wi-Fi方案——IZat，IZat可以利用传感器数据及云端伺服器实现室内定位功能，让移动设备可以拥有5公尺以内的定位精准度。

高通的IZat定位技术已经在韩国首次实现商用，支持IZat定位技术的移动芯片被装备到LG公司的旗舰机G3之上，成为业内首款可实现室内定位功能的手机。IZat定位系统需要借助GPS跟Wi-Fi信号，通过该技术，消费者可以迅速准确地找到自己和其他用户在室内的位置，且支持多层楼建筑的定位。

②优科无线公司（RuckusWireless）的SPoT定位服务

优科无线于2004年成立于美国硅谷，是全球顶尖的Wi-Fi技术服务公司，制造和销售多项获得Wi-Fi专利技术的“智能Wi-Fi”产品及智能无线局域网（WLAN）系统。

通过优科无线的云端智能Wi-Fi定位服务——SPoT（Smart Positioning Technology），优科无线综合运用BeamFlex、接收讯号强度指示（RSSI）、往返时间（Round Trip Time，RTT）和射频指纹辨识（RF Fingerprinting）等多种定位技术，将用户的位置信息传送至云端的SPoT定位引擎（Location Engine）并进行运算，从而实现云端智能Wi-Fi定位服务。客户可以直接利用优科无线网络存取点（Access Point）追踪和使用Wi-Fi设备的实体位置，精准度可达5～8公尺，甚至缩小至3公尺以内。

③博通公司的5G Wi-Fi定位技术(www.xing528.com)

2014年2月底，博通宣布与企业级无线WLAN设备公司Aruba Networks共同合作开发室内定位无线Wi-Fi网络设备，将Aruba既有企业级无线网路设备技术与博通WLAN室内定位和GPS室外定位技术进行整合。

博通公司表示，透过导入5GWi-Fi定位认知（Location Awareness）技术和Aruba共同开发的室内精确Pinpoint定位指标功能，可大量应用于零售通路、百货卖场、医院、旅馆等公共网络应用区域场所。

4）终端硬件辅助处理技术

用户的位置移动过程是可记录、可预测的，这就为置于移动终端内部的软硬件辅助定位提供了可能。

以苹果的WifiSLAM为例，该技术利用智能手机中的多种传感设备进行定位，包括Wi-Fi天线、GPS、陀螺仪、加速计和磁力计，并且通过机器学习和模式识别等算法将这些数据绘制成一张室内地图。室内地图技术可以帮助提高移动终端的定位精度，如通过地图拓扑结构分析来修正惯性传感器给出的位置推算结果，以便更好地提高惯性传感器位置推算的精度。

（2）精准定位服务系统

1）Locata系统

Locata是澳大利亚一家企业所研发的精准定位技术^[1]，以该技术为核心的Locata系统具有GPS定位系统所有功能，且信号和精确度都比GPS定位系统更强。更重要的是，Locata能独立于GPS系统之外工作，当移动终端无法接受到正常的GPS卫星定位信号时，依然可以通过Locata定位系统正常工作。

Locata定位系统能在局部区域投射出比GPS强大一百万倍的无线电信号，可以应用于多种环境中。Locata在室内外的定位性能都表现得非常好，而且其接收器的尺寸可以足够小，直至直接配置在普通的手机上，因而具有广泛的潜在用户群。在室内导航技术中，装配有Locata系统的机器人可以在建筑内部进行定位导航，将用户指引到所需的货架前。

2）GPSOne定位系统

GPSOne是美国高通公司为基于位置业务开发的定位技术，采用Client/Server方式，它将无线辅助AGPS和高级前向链路AFLT三角定位法两种定位技术有机结合，实现高精度、高可用性和较高速度定位。在这两种定位技术均无法使用的环境中，GPSOne会自动切换到Cell ID扇区定位方式，确保定位成功率。GPSOne定位结合了GPS卫星信号和CDMA网络信号进行混合定位，由多个高灵敏度GPS接收机组成的卫星参考网络负责全天候监测覆盖上空所有的GPS卫星，并不断刷新存储于定位平台中的GPS卫星数据库。在终端需要进行定位的时候，只要通过无线网络向定位平台发送当前所在大概位置，就可以从定位平台获得GPS卫星信息，这种定位过程可以大大缩短移动终端捕获卫星信号的时间，也明显降低了移动终端的功耗。

虽然GPSOne室外定位精度可达5米，但室内定位精度只能达到40米，仍然无法满足高精度室内定位的要求。自2000年推出该技术以来，高通公司的GPSOne芯片已被40多家手机制造厂商采用，并在全球范围配备到250多款智能手机的定位系统中。

3）IMES系统

IMES（Indoor Messaging System，室内信息系统）是一个可以提供无缝连接的室内外协同定位系统，该技术由负责科学空间实验的“日本宇宙航空研究开发机构”研发。

采用IMES系统的移动终端，在室外GPS信号较强的地方可正常使用卫星广播信号，在室内则由安装在建筑物内部的信号发射器进行定位。在室内，IMES系统由一些信号发射器以及相应的数据信息服务器共同组成，IMES发射机发出与GPS、QZSS（日本定位卫星系统）类似的信号，为移动终端给出精确度约为10米范围的室内3D定位信息。

IMES信号在结构方式与全球卫星广播信号一致。所以，手机等移动终端在接受定位信号时，无论是天线射频的硬件模组或数字信号处理的软件模组均无需更改，IMES系统均能为其提供较为可靠的定位服务，让用户了解到自己所处的楼层和位置信息。

4）羲和系统

羲和系统是我国推动实施的广域室内外高精度定位导航系统，也是国家科技部《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》的主要成果之一，已在北京、天津、上海等地取得了良好的应用示范效果。

羲和系统以北斗/GNSS、移动通信、互联网和卫星通信系统为基础，基于协同实时精密定位技术（Cooperative Real-time Precise positioning，CRP）构建，可对北斗系统的定位精度和服务范围进行提升和拓展。该系统融合广域实时精密定位和室内定位等技术，最终形成室外亚米级、城市室内优于3米的无缝定位导航能力，实现广域室内外高精度定位导航服务，解决从北斗卫星到手机用户的最终连接问题。

5）CORS系统

CORS全称为连续运行参考站系统，它是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。

CORS通过一个或多个固定的、连续运行的GPS参考站，再结合现代计算机、数据通信和互联网（LAN/WAN）等技术，实时地提供经过检验的各种GPS观测值（载波相位，伪距）、各种改正数、状态信息以及其他有关GPS服务等，可以满足不同类型、不同层次的用户的定位需求。相对于一般的GPS，CORS有着很多优点，比如定位精度高、作用范围广、野外可单机作业等。