新一代通信导航一体化技术的进展研究.pdf
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1、2 0 2 3年8期 7 2 0 2 3年第4 5卷第8期新一代通信导航一体化技术的进展研究张 超收稿时间:2 0 2 3-0 6-2 5作者简介:张超(1 9 9 1-),本科,助理工程师,研究方向为通信导航。(9 5 3 3 7部队 广西 柳州5 4 5 0 0 0)摘 要 近年来,在市场需求的促进下,卫星导航进入高速发展阶段,但其在室内场景中的覆盖性能较差,因而需要进行优化。通信信号覆盖范围广、信号频带宽,在定位方面有一定的优势,也可弥补卫星导航的缺陷。在此背景下,通信和定位一体化系统开始出现,且在通信技术的发展中,两者的耦合程度也在不断提高。文中简述了这种一体化系统的原理、关键技术和发
2、展趋势,希望能为其发展提供支持。关键词:通信导航一体化;关键技术;技术进展中图法分类号 T N 9 5 7.5 1R e s e a r c ho nt h eP r o g r e s so fN e wG e n e r a t i o nC o mm u n i c a t i o na n dN a v i g a t i o nI n t e g r a t i o nT e c h n o l o g yZ HAN GC h a o(9 5 3 3 7T r o o p s,L i u z h o u,G u a n g x i 5 4 5 0 0 0,C h i n a)A b
3、s t r a c t I nr e c e n t y e a r s,u n d e r t h ep r o m o t i o no fm a r k e td e m a n d,s a t e l l i t en a v i g a t i o nh a se n t e r e das t a g eo f r a p i dd e v e-l o p m e n t,b u t i t s c o v e r a g ep e r f o r m a n c e i n i n d o o r s c e n e s i sp o o r,s o i t n e e d s
4、t ob eo p t i m i z e d.T h e c o mm u n i c a t i o ns i g n a l h a saw i d ec o v e r a g er a n g ea n ds i g n a l f r e q u e n c yb a n d w i d t h,w h i c hh a sc e r t a i na d v a n t a g e s i np o s i t i o n i n ga n dc a na l s om a k eu pf o r t h es h o r t c o m i n g so f s a t e l
5、 l i t en a v i g a t i o n.I nt h i sc o n t e x t,t h e i n t e g r a t e ds y s t e mo fc o mm u n i c a t i o na n dp o s i t i o n i n gh a sb e g u nt oa p p e a r,a n di nt h ed e v e l o p m e n to fc o mm u n i c a t i o nt e c h n o l o g y,t h ed e g r e eo fc o u p l i n gb e t w e e nt
6、h et w oi sa l s oc o n s t a n t l y i m p r o v i n g.T h i sp a p e rb r i e f l yd e s c r i b e s t h ep r i n c i p l e,k e yt e c h n o l o g i e sa n dd e v e l o p m e n t t r e n d so f t h i s i n t e g r a-t e ds y s t e m,h o p i n gt op r o v i d es u p p o r t f o r i t sd e v e l o p
7、 m e n t.K e y w o r d s I n t e g r a t i o no f c o mm u n i c a t i o na n dn a v i g a t i o n,K e yt e c h n o l o g i e s,T e c h n i c a l p r o g r e s s0 引言通信技术是现代工业和生活的基础技术,其应用范围不断扩大,包括自动驾驶、工业物联网、智能控制等领域。在此背景下,基于位置的服务(L B S)需求大量增加,产生了各种定位技术和产品,相关研究也取得了较大的进展。无线通信系统的特征为覆盖广、可靠性高、用户多,通过其进行定位,可
8、以实现通信导航的融合,避免了单一卫星定位的缺陷,同时对通信技术的发展具有重要的促进作用。将通信和导航相结合,形成通信导航一体化,随着技术的进步,两者的耦合水平将不断提高,目前已经进入紧耦合阶段。例如,W i-F i和蓝牙为早期常用的定位技术,其对通信资源的依赖性高,可以根据定位性能来进行网点布置,实现了信息和算法层面的融合。2 G和3 G等通信技术的性能水平的提高,可以使对应的通信协议可以支持小区识别码(C I D),以满足较高准确性的定位要求。而4 G和5 G通信在设计时就已经考虑到定位和导航需求,实现了两者的紧耦合1。1 通信导航一体化的常见定位方法在新一代通信导航一体化系统中,对目标位置
9、进行解算时,可选择不同的模式,如终端和网络端,也可根据信号的方向,将其分为下行和上行定位。通过进一步分析可知,在端到端的定位模式下,上下行定位表现出一定的对称性。基于不同的模式定位,可选择的定位方法也有很多。1.1 三边定位三边定位可以确定终端与基站的间距,再基于几何学知识,实现定位功能。在三维定位时,需要获取至少3组距离信息,因而这种定位也被称为三边定位,在测定距离时,其主要是根据信号在基站和终端传播过程中所需要的时间来确定。为精确测定传输时间,需要同步基站间的时钟,因此在这种一体化系统中,时钟同步的精度需要达到很高水平。由此可知,三边定位法的精度主要和时间同步的精度有关,在测距过程中也可以
10、根据电磁波衰减模型来估算,这种方法不需要同步,但测量结果容易受环境影响,从而影响结果的精确性。在三边定位的过程中,可选择的模型也有8 2 0 2 3年8期多种,如到达时间、观测时间差(OT D)模型等,可基于应用要求进行选择2。1.2 角度定位当使用角度定位法定位时,需要利用天线阵列,如果在系统中,发射端为单天线,接收端为多天线,那么使用该模式就可以方便检测出信号的到达角、到达方向参数。在相反条件下,还可测定出发角、出发方向参数,再根据几何关系完成定位。1.3 指纹匹配定位信号的传播和环境存在一定的相关性,在信号传输一定的距离后,其强度、状态和延时都会产生一定的变化。在这种相关性稳定的条件下,
11、信号在每个位置上的特征均保持唯一性,且可以根据这一特征来反推出距离。当通过这种方法进行定位时,相应的流程为离线采集信号,然后在线定位。前一阶段主要是采集目标区的信号特征,并在一定组合后形成指纹数据库。后一阶段则将匹配、采集到的信号特征和库中的特征进行匹配,以确定位置信息3。2 通信导航一体化中的关键技术在实现通信导航一体化技术的过程中,需要基于通信和定位的耦合度水平,选择适宜的技术来采集特定的信息,以利用上述定位方案实现定位目的。早期通信系统的功能相对简单,没有考虑定位需求,在这种条件下进行定位时,需要应用已有信号来估算物质,可选择的技术包括小区识别码定位和指纹定位技术。为提高定位结果的准确性
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