LOCATA技術(shù)概要

發(fā)表日期：2020-03-22 12:12:05

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一、GNSS可能存在的問題
1、天基的GNSS衛(wèi)星信號(hào)極其微弱，易受干擾，甚至存在人為欺騙
2、來自GNSS衛(wèi)星的信號(hào)從來無法保證任何地方都能收到，易受阻擋，在室內(nèi)更是束手無策
3、GNSS系統(tǒng)作為國家戰(zhàn)略最初用于軍事目的，民用的GNSS信號(hào)缺乏加密或授權(quán)，無安全保證，也無法進(jìn)行基于安全目的的迅速升級(jí)
4、GNSS系統(tǒng)建設(shè)與維護(hù)成本非常高，只有實(shí)力強(qiáng)大的國家才能實(shí)施這樣的計(jì)劃。也就是說，對(duì)于大部分國家來說，其獨(dú)立性大大受到限制并為他國所控制
5、為了解決室內(nèi)外一體化定位問題，GNSS技術(shù)試圖與其他室內(nèi)定位技術(shù)融合，但由于技術(shù)體制不同，兼容性差或成本高
    LOCATA的創(chuàng)立者充分地認(rèn)識(shí)到上述所有的問題必須得到圓滿地解決，經(jīng)過20年孜孜不倦努力，成功地創(chuàng)造了世界首個(gè)成熟可用的類GNSS高精度無線定位系統(tǒng)---LOCATA地基衛(wèi)星精密導(dǎo)航定位系統(tǒng)，開創(chuàng)了后GNSS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的全新時(shí)代---GNSS 2.0時(shí)代。
二、LOCATA的核心技術(shù)
    P（定位）N（導(dǎo)航）T（授時(shí)）是GNSS系統(tǒng)所具有三項(xiàng)基本功能，LOCATA同樣是要提供高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)，并解決GNSS中存在的種種缺憾。目前，LOCATA地基衛(wèi)星精密導(dǎo)航定位系統(tǒng)已獲得200多項(xiàng)專利技術(shù)，其核心技術(shù)包括地基衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)、全新的抗多路徑效應(yīng)技術(shù)CBF和高精度的時(shí)間同步技術(shù)TimeLoc。
1、LOCATA地基衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)
    LOCATA地基衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)（其網(wǎng)絡(luò)也稱之為LocataNet）可以幫助任何國家、機(jī)構(gòu)、項(xiàng)目建立自主、獨(dú)立的類GNSS無線定位系統(tǒng)，其顯著特點(diǎn)如下：

在GNSS衛(wèi)星信號(hào)無法覆蓋的區(qū)域確保高精度的PNT
由于未受電離層、對(duì)流層等影響和采用高精度的時(shí)間同步技術(shù)，其精度優(yōu)于測(cè)量型GNSS
因地基架設(shè)，靈活方便、重復(fù)性高，這是天基衛(wèi)星所無法企及的
應(yīng)用范圍廣，大到方圓幾千平方公里，小到室內(nèi)乃至地下空間
本地化運(yùn)營控制，并可快速地調(diào)節(jié)不同的頻率和信號(hào)編碼機(jī)制，以及根據(jù)需要進(jìn)行加密和授權(quán)，可確保使用國家或部門的主權(quán)與信息安全
可通過調(diào)節(jié)發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度和圖形結(jié)構(gòu)，以確保應(yīng)用的指標(biāo)性能
采用類GNSS技術(shù)，其基站相當(dāng)于一個(gè)衛(wèi)星星座（只是衛(wèi)星軌道是地基的，而不是傳統(tǒng)意義的天基），對(duì)于天基GNSS是一個(gè)有效的補(bǔ)充和獨(dú)立的備份。LOCATA地基衛(wèi)星系統(tǒng)可以獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)營，也可通過與GNSS衛(wèi)星的時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)與GNSS的聯(lián)合組網(wǎng)

圖2、LOCATA組網(wǎng)模式

目前，LOCATA的芯片化正在推進(jìn)中，這將大大地降低其發(fā)射、接收設(shè)備的成本，最終將廣泛地應(yīng)用于對(duì)價(jià)格敏感的大眾消費(fèi)市場(chǎng)，包括移動(dòng)電話和各種個(gè)人終端設(shè)備。

2、全新的抗多路徑效應(yīng)技術(shù)CBF
對(duì)于無線定位來說，另一個(gè)極端困難、到目前為止尚無有效解決的問題是多路徑效應(yīng)。LOCATA發(fā)明了一種全新的基于相關(guān)器波束成型專利（Correlator Beam Forming，CBF）技術(shù)，并設(shè)計(jì)了VRay天線技術(shù)，有效地抑制多路徑效應(yīng)。CBF技術(shù)的要點(diǎn)如下：

CBF技術(shù)通過迅速獲取無線電信號(hào)在不同傳播路徑上的變化量，并用來分析處理，消除多路徑的影響
基于CBF的VRay天線不僅僅適用于LOCATA本身，還能改進(jìn)GNSS在困難環(huán)境中的性能，包括提升CORS的整體性能，誰率先掌握CBF對(duì)GNSS CORS的應(yīng)用，將是一項(xiàng)革命性的進(jìn)步
隨著VRay天線技術(shù)改進(jìn)標(biāo)志著未來具有LOCATA引擎的大眾消費(fèi)移動(dòng)終端在GNSS信號(hào)不佳的情況下獲得高精度的位置服務(wù)

圖3、CBF示意圖

圖4、VRay天線

3、時(shí)間同步技術(shù)TimeLoc
高精度的時(shí)間同步技術(shù)是所有現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的最重要技術(shù)，GNSS系統(tǒng)也是如此。因?yàn)镚NSS時(shí)鐘具有納秒級(jí)精度的時(shí)間同步、可通過無線方式方便發(fā)布，并具有可加載的終端數(shù)量無限以及成本相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)。為此，GNSS時(shí)間被廣泛使用，可以說無處不在，包括：移動(dòng)電話、銀行與金融系統(tǒng)（含ATM機(jī)）、互聯(lián)網(wǎng)、股票交易以及國家電網(wǎng)等等。與此同時(shí)，世界對(duì)于GNSS時(shí)間的依賴性也就非常強(qiáng)。
依賴性越強(qiáng)，也越容易受到傷害，這就出現(xiàn)了一個(gè)非常嚴(yán)肅的問題。而在GNSS時(shí)鐘出現(xiàn)問題時(shí)的真正時(shí)間備份和同步技術(shù)應(yīng)該是完全獨(dú)立于GNSS時(shí)鐘或任何復(fù)雜的原子鐘。LOCATA的TimeLoc時(shí)間同步技術(shù)為高精度的時(shí)間同步備份提供了一種理想的方案，可以實(shí)現(xiàn)城市、機(jī)場(chǎng)、金融系統(tǒng)、國家電網(wǎng)、軍事基地等重要區(qū)域大范圍納秒級(jí)的時(shí)間同步和小于1ppb的頻率穩(wěn)定度。
三、LOCATA的產(chǎn)品
1、LocataLite地基衛(wèi)星基站

由發(fā)射與接收器、天線、供電系統(tǒng)組成

每個(gè)LocataLite基站可以發(fā)射4個(gè)調(diào)制于2.4GHz ISM頻段的類GNSS碼信號(hào)（因?yàn)?.4GHZ是免費(fèi)和開放頻率段。從技術(shù)層面來說，任何頻率、功率都可以用于LOCATA，只是影響發(fā)射距離、發(fā)射范圍等技術(shù)指標(biāo)，不影響精度指標(biāo)）

通過LocataLite基站信號(hào)時(shí)間同步精度達(dá)到10^-11

圖5、LocataLite基站的發(fā)射與接收機(jī)

圖6、LocataLite基站天線

2、LocataRover流動(dòng)站

LocataRover流動(dòng)站可連接VRay天線（用于多路徑嚴(yán)重的環(huán)境）或GNSS兼容天線（可兼容接收GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo信號(hào)）接收來自LocataLite以及GNSS的信號(hào)
動(dòng)態(tài)PPP精密單點(diǎn)定位精度優(yōu)于2cm，靜態(tài)PPP精密單點(diǎn)定位精度優(yōu)于3mm

圖7、LocataRover流動(dòng)站
四、LOCATA技術(shù)的應(yīng)用
經(jīng)過20年的發(fā)展，LOCATA技術(shù)已通過其合作伙伴在礦山機(jī)械施工、機(jī)場(chǎng)盲降、港口集裝箱引導(dǎo)、無人駕駛汽車測(cè)試場(chǎng)、大壩與橋梁變形監(jiān)測(cè)、倉儲(chǔ)物流、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，形成了具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的解決方案。

圖8、LOCATA的應(yīng)用

五、LOCATA合作機(jī)制
據(jù)LOCATA CEO介紹并強(qiáng)調(diào)，LOCATA公司是一家沒有任何政府和軍方背景的私營企業(yè)，不受制于任何國家或機(jī)構(gòu)，以此保持其獨(dú)立性與競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。LOCATA的基本市場(chǎng)策略是采用類似電腦的“INTEL INSIDE”模式通過優(yōu)質(zhì)的行業(yè)技術(shù)集成商（LTI）推廣到終端用戶?；诖耍琇OCATA向集成商進(jìn)行技術(shù)完全交底，包括諸如ICD文檔等，正如目前許多企業(yè)都能生產(chǎn)GNSS的芯片和接收機(jī)一樣。事實(shí)上，上面談到的諸多案例都是通過與集成商合作完成。目前，LOCATA全球合作伙伴如下圖所示，都是重要行業(yè)的優(yōu)秀代表，并在不斷增加中。

圖9、Locata全球合作伙伴

2014年，北京數(shù)聯(lián)空間科技股份有限公司與LOCATA公司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，旨在共同尋求在中國市場(chǎng)的行業(yè)優(yōu)質(zhì)合作伙伴。近年來，LOCATA的認(rèn)知度越來越高，行業(yè)應(yīng)用也越來越成熟，其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)。2018年4月LOCATA CEO Nunzio Gambale再次來中國進(jìn)行了為期一周的訪問，與意向合作伙伴進(jìn)行了深入的交流，取得豐碩的成果，LOCATA的中國市場(chǎng)也正式實(shí)質(zhì)性啟動(dòng)。當(dāng)前，LOCATA與中國的合作將主要集中在如下幾個(gè)方面次第展開：

無人駕駛汽車測(cè)試場(chǎng)
無人值守集裝箱港口信息化管理
施工機(jī)械自動(dòng)定位系統(tǒng)
區(qū)域重要領(lǐng)域時(shí)間基準(zhǔn)備份系統(tǒng)
各種高精度定位定向和抗干擾系統(tǒng)示范項(xiàng)目
移動(dòng)通訊高精度增值服務(wù)示范項(xiàng)目
基于LOCATA CBF技術(shù)的GNSS CORS網(wǎng)精度改進(jìn)研究
北斗/GNSS+LOCATA芯片聯(lián)合研制
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圖10、LOCATA合作