北斗时空融合创新首先应是导航与通信融合（三）- 大数跨境

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北斗时空融合创新首先应是导航与通信融合（三）

辽宁北斗

2021-09-16

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蜂窝信号不是专门用于PNT的。因此，为了将这些信号用于此目的，必须解决几个挑战问题。在过去的几年中，这一直是广泛研究的主题。以下总结了这些挑战和可能的补救措施：

蜂窝信号经过调制，随后出于非PNT的目的进行传输。这些信号比GNSS信号复杂得多，从它们中提取相关的PNT信息并不容易。最近的研究集中在推导适当的低级模型上，以从接收到的蜂窝信号中最佳地提取PNT的状态和参数。而不同传播通道对此类信号的影响是一个需要持续研究的领域。

能够接收蜂窝信号，产生导航可观测参量的接收机需要深入的研究开发。GNSS接收机在市场上有售，并且关于GNSS接收机设计的文献很多。对于蜂窝导航接收机而言并非如此。最近的文献已经发表了专门的接收机设计，用于根据接收到的蜂窝信号（例如，码相位、载波相位和多普勒频率）产生导航可观察量。

需要解决高精度时间和同步问题。GNSS SV配备有原子钟，并且实现网络化高度同步。但是，蜂窝电话塔所配备的时钟，无法与原子钟相比，是稳定性较差的振荡器（通常是恒温控制的晶体振荡器（OCXO）），并且同步性较差。这是因为通信同步要求不如PNT同步要求严格。由于这种稍微松散的同步而产生的定时误差可能会引入数十米的定位误差。研究人员一直在对此类误差进行建模，并合成可以补偿这些误差的PNT估算器。

需要建立开发导航框架。GNSS SV在导航电文中将所有必要的状态和参数发送给接收机（例如SV位置、时钟偏差、电离层模型参数等）。相反，蜂窝BTS不发送这样的信息。因此，必须开发导航框架以估计蜂窝式BTS的状态和参数（位置、时钟偏差、时钟漂移、频率稳定性等），而这不一定是先验的。已经提出了几种导航框架。一种这样的框架是具有充当映射器的专用站，该专用站知道其状态（例如，从GNSS信号），正在估计蜂窝BTS的未知状态，并与导航接收机共享这种估计。另一个框架是以无线电同时定位和映射（无线电SLAM）的方式估计接收机和蜂窝BTS的同时刻状态。

利用蜂窝电话网络的机会信号，形成地面一张导航网，兼或导航通信融合网是件大工程，上面只是提及若干重要问题。具体的实现牵涉到上上下下、方方面面，和宏观微观与产业市场等系列难题，需要认真研究，部署落实。导航通信真正融合之日，就是无所不在的泛在导航成功之时，因此在未来的五至十年内，我们能够把导航通信融合做好，并且把相关产业做强做大，则善莫大焉。

（来源：转载于斗室智库）

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　（图1. 北斗卫星运行轨迹）

此处显示的是北斗卫星导航系统在全球任意地点可以看到的卫星数目，用不同颜色表示不同数值（颜色与数值的对应情况参见右侧的图例）。

（图2.北斗可见卫星数）
　　卫星导航系统定位需要解算3个位置参数和1个时钟偏差参数，所以最少需要同时观测到4颗卫星才可解算定位（精度还与其他很多因素有关），从可见卫星数目图中可以了解北斗系统基本的覆盖区域。

（来源：中国卫星导航系统管理办公室测试评估研究中心）

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