在雄安新区地下12米的停车场里，一辆试验车正在进行导航测试。坐在车里的北京邮电大学副教授路兆铭，时刻紧盯着手机上的位置光标。这辆试验车采用的是“5G 北斗”定位导航技术。目前，这一技术在雄安地下示范应用已超过50万平方米，定位精度2米，而建设成本只有传统地下导航技术的一半。

迸发灵感，将天上信号导入地下
如今，日新月异的导航技术让人们的生活越来越便利。但许多人也有这样的体验：一旦进入地面之下的建筑物里，钢筋水泥就会将北斗等导航信号屏蔽得“干干净净”。
**雄安新区规划之初就提出要建设“地下一座城”，**其中包括地下综合管廊约380公里、地下停车场超2200万平方米。“地下之城”的精准管理，离不开高精度的定位与导航，而且要求技术新、成本低，能给其他城市建设提供可复制的样本。
“我们对比了各类既有技术方案，投资成本成为难以逾越的‘拦路虎’。”雄安新区智能城市创新联合会（以下简称“创新联合会”）秘书长张强告诉科技日报记者。研发之初，作为地下导航技术研发任务的牵头组织单位，创新联合会几乎尝试了所有成熟的技术手段——

在地库部署蓝牙点位信标，建设成本高，运维成本也高；在室内增设北斗导航基站，高昂的设备费用承担不起；采用WiFi定位，不仅要部署WiFi接入点，还得投资新建一套网络……有没有成本低、效果好的技术路线？张强和项目组成员围坐在一起，不停地进行“头脑风暴”。提议、讨论、碰撞……一个多星期过去了，解决方案还是没有着落。一天傍晚，讨论无果的3名项目组成员怏怏不乐地站在马路边。突然，张强的脑子里灵光一现：为什么不能“就地取材”，借用已有通信设施——5G室内分布系统呢？室内分布系统并不神秘，就是人们经常在楼道或家门口看见的一种形似“小蘑菇头”的小天线。

突破算法，实现地下精准定位走进北京邮电大学第三教学楼6层走廊，路兆铭指着头顶上的线路告诉记者：“‘5G 北斗’的实验论证就是在这里进行的。”将北斗信号融合到5G室内分布系统，这个想法听起来简单，实现的过程却充满挑战。第一个难题就是如何将北斗信号引入地下。在5G室内分布系统中，传输着3家电信运营商各自的3G/4G/5G等多路通信信号，如果再加上一路北斗信号，原有通信信号可能会被干扰，导致手机无法正常通话、上网。“开始时无计可施，只能从分析两路信号的互调干扰模型入手，找寻信号的融合算法。”路兆铭说，通信与北斗是两类信号，但也不是互不兼容的“冤家对头”。团队成员通过计算，得到北斗信号汇入5G室内分布系统所需的滤波和功率参数，再通过宽频多路信号的共享链路传输，成功将北斗信号引入地下。

解决了北斗信号引入问题，又冒出导航定位精度问题。在室外利用北斗信号进行定位的精度约为10米，但这个精度在地下环境远远不够。因为地下停车场的两个相邻路口距离往往都不足10米，如果精度不提高，定位导航必然有误。“这个问题困扰了我们一年多，那段时间大家尝试了超过100个不同类型的算法，但定位精度都不理想。”路兆铭说，直到有一天，他在测试时偶然发现，北斗信号在空间中的无线反射环境存在静态特征，可以借此构建数据模型，提供更多的位置观测源。停车场内各个终端的单一信息虽然不精准，但是将多方信息收集到一起，通过数据模型不断地协作校准，定位结果就会越来越精确。定位导航策略由“单兵作战”提升为“多终端协同作战”，一套拥有自主知识产权的定位算法也由此诞生。

首创设备，扭住自主创新“牛鼻子”在雄安新区，记者乘车经过一个下坡“入口”，一头“扎”入容东片区杏秋苑地下停车场。手机上的导航地图瞬时切换，箭头指引车辆精准找到车位。停车场内，既看不到错综复杂的布线，也没有爬满墙面的通信设备，只在通道拐角处建有一个不足10平方米的机房，大量装备都被集约“隐藏”在这里。“我们是‘地下工作者’。”项目组成员、北京邮电大学博士后初星河笑着告诉记者，从实验验证到现在近两年，研发团队在地下调试、改进装备的时间超过一年。“在这里，千万不可‘以貌取物’。”初星河介绍说，虽然只是在机房墙上放置几个小盒子，但它们就像地下导航系统的“心脏”。合路器、5G室内分布单元、北斗室内分布单元，正是依靠这些核心装置，才能成功将北斗信号导入、将定位信号发出。这些装置中，北斗室内分布单元是世界首创。北斗卫星信号从超20000千米的高空来到地面，信号强度极弱，再将其引入地下机房，信号强度会进一步衰减。项目团队创新研制出北斗室内分布单元的接收模块，可以放大北斗信号，支持长达1千米的馈线传输，将高质量的信号引入地下。

“2025年，‘5G 北斗’导航将覆盖雄安新区所有已建成地下停车场，真正实现导航‘地下一座城’。”展望未来，路兆铭满怀期待，“我们希望该技术推广至矿区、交通枢纽、航站楼等更多场景应用，为充分利用地下空间发挥更大作用！”

来源: 科技日报