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日前，我国地下大空间高精度定位导航与控制技术顺利通过国家科技部验收，标志着我国在超宽带定位方向取得重大原创成果。
该项目由网通院综合时空网络与装备技术全国重点实验室牵头研制，突破了地下空间高精度定位导航与控制技术，解决了地下大空间远距离大容量高精度自主定位与无人导航控制服务难题。
在卫星信号抵达不了的地下，用上定位导航技术
与地面开阔环境不同，地下空间存在天然的技术壁垒，传统卫星导航技术在此完全失效。地面定位导航依赖北斗、GPS等卫星信号，但卫星导航信号无法穿透厚重的岩土、混凝土与金属结构，这是地下定位面临的首要难题。不仅如此，地下空间还有多种复杂挑战。
“地下空间巷道狭窄、结构遮蔽严重，加之金属设备、粉尘等，无线信号会受到强烈干扰，使得电磁传播环境极端恶劣”，实验室主任、项目负责人蔚保国介绍说，“此外，地下场景跨度大、形态也各不相同，既有狭长的矿井巷道、隧道，也有开阔的地下车场、物流空间，网络部署难度很高。加之智能化的需求，各类地下自主作业设备都需要亚米级甚至更高精度的定位支撑，靠传统技术无法满足。”
地下综合管廊自主uwb覆盖性测试
突破地下定位导航技术瓶颈，不仅能解决多种行业的实际需求，更是保障国家产业链供应链安全、赋能全域空间智能化的关键使命。基于此，在“十四五”地球观测与导航领域国家重点研发计划的支持下，综合时空网络与装备技术全国重点实验室联合国内优势力量，正式启动地下大空间高精度定位导航与控制技术的系统性攻关，目标就是构建一套全自主、全链条、可规模化落地的地下时空网络技术体系。
从理论突破到技术创新，破解三大核心难题
团队创新提出数字孪生信道建模新方法，将在线实时数据采集与离线模型优化相结合，为信号绘制“精准画像”，彻底突破传统统计建模的局限。据了解，这项技术的核心，是构建可直观呈现信号功率、时延、传播方向等特征的地下大空间无线环境图，精准刻画超宽带信号在地下复杂结构中的非平稳传播特性，为地下定位导航系统提供可靠精准的无线传播信道模型支撑，从源头解决地下信号“看不清、算不准”的难题。
地下停车场北斗车位级导航
当地下信号看得又清又准，地下定位导航还得配上随机应变的“大脑”。
团队构建适应地下空间规模可变的时空信息网络体制，实现多模深度融合。该体制针对地下空间场景多样、覆盖范围差异大、高并发定位需求突出的问题，通过支持多体制基站的混合弹性组网架构，结合支持“以图管网”的统一管控协议集，实现网络从最小单站系统到城市级规模的平滑扩展，实测整个系统能够容纳的定位节点容量达69894个，网络同时定位容量超过23675个，完全适配各类地下空间场景的高并发定位需求。
在地下空间，不仅要导得准，还得足够智能。
地下无人车辆、智能采掘装备的自主运行，是地下空间智能化的核心标志。团队基于人工智能算法，提出基于双向长短期记忆网络的车辆模型在线优化算法，设计服务于地下无人车辆的“图定位、网定位、端定位”三级弹性定位导航体制。该技术突破地下车辆工况变化导致控制性能下降的瓶颈，实现复杂工况下无人车辆状态实时预测与精准控制，大幅提升路径跟踪精度与系统鲁棒性，让地下无人车辆能够在无人工干预的情况下，实现稳定、高效、安全的自主行驶与作业，为地下物流、矿山无人采掘等场景提供核心技术支撑。
研制“探界100”核心芯片，打破国外技术垄断
在地下定位导航领域，核心芯片是产业链的“心脏”，也是制约行业发展的关键短板。项目启动前，国内UWB定位核心芯片长期依赖进口，不仅成本高、供应链不稳定，而且核心技术与标准完全被国外掌控。
没有自主芯片，地下定位导航技术就会受制于人。基于“必须实现核心芯片国产化突破”这一目标，团队从信号体制源头进行原始创新，提出原创的导航增强型自主信号体制，彻底改变传统技术“通信优先、导航为辅”的设计思路，转向“导航增强、通信协同”的全新范式。该体制针对地下空间导航定位需求进行专项优化，经全方位测试验证，相比国际通用标准，新体制覆盖范围提升28%，测距精度提升6%，单站容量提升65%以上，核心性能指标全面超越国际主流标准。基于原创信号体制，团队成功研制国内首款全自主可控“探界100”脉冲定位芯片，该芯片采用射频与基带一体化高集成设计，测距精度优于10cm，测角精度优于3°，双模可定制UWB是国际首创。
探界100芯片的成功研制，打破了国外对地下定位核心芯片的垄断，标志着我国在国际UWB定位技术演进方面率先做出新探索和新成果，也为地下空间自主化、规模化高质量应用奠定坚实基础。
从地下城市到地下矿井，落地应用才是真正价值
科研技术的价值，最终要体现在实际应用中。
在雄安新区这座国家未来之城，地下空间开发是其智能化建设的核心板块，对定位导航技术的精度、容量、智能化水平要求极高。团队在雄安新区地下物流通道、地下综合管廊部署全套地下定位导航系统，对核心创新能力进行重点验证，实现人机协同巡检、群体作业管控、地下打车、无人物流、地下车库精准导航等高级应用。实测数据显示，地下空间人员静态定位精度优于0.2m，高速无人车辆实现亚米级稳定导航，为雄安新区地下空间的精细化作业、智能化运维、商业化运营探索全栈式解决方案，创新成果的应用推广将助力雄安新区打造全球领先的地下空间智能化运管样板。
雄安地下综合管廊自主uwb现场分析
在门克庆、大海则两大特大型煤矿，团队部署规模可伸缩混合定位导航与控制系统。系统支持北斗、新型UWB、近超声等三类微基站混合部署，在国内首次实现基于矿用智能手机的单北斗井上井下连续定位能力、基于自主新型芯片模组及阵列基站的井下高精度三维定位能力、基于近超声微基站的金属遮蔽区定位能力，完成煤矿井下定位从一维到三维、从二维地图到三维孪生，北斗定位从井上到井下，再到井下无人驾驶车辆精准自主导航的全面突破，同时配套煤矿业务数字化管理平台，全面验证井上井下时空基准传递、人员车辆网络化导航服务、安全生产作业管理调度等新质能力，将为我国煤炭行业智能化转型提供核心技术支撑。
煤矿场景调试
未来，地下空间的开发利用将进入规模化、智能化、体系化发展新阶段，泛在精准时空信息服务的需求将持续攀升。网通院将持续优化核心技术与装备性能，推动成果在城市地下综合管廊、地铁隧道、深层矿山、地下人防工程等更多领域规模化应用落地，进一步提升我国在全球地下空间定位导航领域的核心竞争力，支撑地下空间数字经济产业高质量快速发展。