复杂环境下导航与通信信号紧耦合测距方法与评估模型研究

With the increasing number of large buildings, urgent requirements of wide-area decimeter-level indoor positioning were put forward in many fields like emergency rescue and so on. As supplement to outdoor satellite navigation system, indoor positioning system based on mobile base stations is an important method to promote wide-area indoor and outdoor high precision seamless location services due to its close integration with public mobile users. Existing ranging technology like CDMA and OFDM are independent. Affected by complex environment such as multipath and multiple access interference, they cannot meet the demand of decimeter-level precision positioning based on mobile base stations. To solve the problems, this project tries to research the basic theory of ranging based on the tight coupling of navigation and communication signals, as well as establish CDMA and OFDM ranging model under complex environment of multipath and multiple access interference, and lay the theoretical foundation for ranging and signal design in urban terrestrial environment. This work will establish a comprehensive evaluation model for tight coupling signal of navigation and communication under multi-scene, and provide the evaluation standard for integration of navigation and communication systems. With these work we will extend the direction of navigation technology, promote the crossover study of navigation and communication systems and provide theoretical support for the development of location based service furthermore.

随着大型建筑日益增多，应急救援等应用领域对广域室内亚米级精度定位提出了迫切需求。作为室外卫星导航系统的补充，基于移动基站建立室内定位系统是与大众手机用户紧密结合，实现广域室内外高精度无缝位置服务的重要手段。目前CDMA与OFDM测距技术相互独立，受多径、强弱干扰等环境影响，均难满足移动基站亚米级精度定位需求。本项目针对城市复杂环境下移动基站亚米级精度测距问题，以CDMA与OFDM耦合测距为基本思路，建立多径、强弱干扰等复杂环境下CDMA与OFDM测距性能理论模型，完成导航、通信信号紧耦合测距方法研究，建立多场景下耦合信号的导航与通信性能综合评估模型，完成导航与通信耦合信号设计，研发实验系统，对理论研究成果进行验证。通过本项目的研究，提升城市复杂环境测距精度，扩展导航技术研究新方向，促进导航与通信交叉研究，为位置服务的新发展提供理论支撑。

随着大型建筑日益增多，应急救援等应用领域对广域室内亚米级精度定位提出了迫切需求。作为卫星导航的补充，基于移动通信网的大众手机定位是实现广域室内外无缝位置服务的重要手段。项目启动前移动通信网受复杂多径、强弱干扰等环境影响，定位精度超数十米，不能满足室内定位需求，成为国际难题。.本项目揭示了不同应用环境下多基站多路径信号衰减、同频干扰以及其它电磁干扰的分布规律，建立了多径、强弱干扰等复杂环境地面信道下CDMA与OFDM测距模型，研究发现了CDMA抗长时延的多径抑制的测距能力，OFDM具有抗短多径抑制的测距能力，具有互补测距特性；.提出了导航、通信信号紧耦合测距理论方法，利用CDMA和OFDM的差异性和互补性创建了耦合测距模型，提出了信道自适应认知方法和基于信道特性的CDMA环路辅助精细时频双同步优化定位方法，大幅提升了多径和窄带干扰条件下的测距精度和稳定性，从国际上的30m提升到5cm。.基于创新设计的通导融合新体制TC-OFDM，首次建立了多场景下耦合信号的导航与通信性能综合评估模型，实现了基于子载波数量、采样点数、信噪比和非视距多径分布模型等因素的耦合定位性能综合评价，率先为通导融合体制设计提供了重要理论支撑。.创新提出了时间先验信息与噪声估计的弱信号捕获方法，建立了复杂场景下非视距分布和多径差分计算与补偿模型，发明了多网融合的最优定位方法（MDOP），研制了TC-OFDM基带信号体制的协处理模块，构建了基于导航与通信耦合信号定位的实验系统，完成了实验验证，定位精度提高数十倍以上，优于0.5m。.本项目在复杂环境下导航与通信信号紧耦合测距与评估的基础理论与关键技术方面取得了重要突破，促进了导航与通信交叉融合方向的发展，为位置服务的新发展提供了理论支撑，并应用于多个系统。经鉴定，多网最优定位方法为国际首创。相关成果得到了国外专家的高度评价，获得国家、省部级奖3项，发表论文18篇，SCI/EI检索论文11篇，发明专利15项，培养研究生10名，博士后1名。