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​室内外无缝 PNT(定位导航授时)技术方案与应用 —— 基于陆基伪卫星

同步天下
2026-10-13
来源:原创

室内外无缝 PNT(定位导航授时)技术方案与应用 —— 基于陆基伪卫星



室外环境下,北斗等天基 GNSS 系统能够提供成熟可靠的定位、导航、授时(PNT)服务。但当终端进入隧道、厂房、地下车库等封闭或半封闭空间时,卫星信号受墙体、山体遮挡快速衰减甚至完全消失,形成定位断点,无法持续提供 PNT 服务。陆基伪卫星技术是解决该难题的有效技术路线,通过在信号盲区布设伪卫星基站,构建本地化 GNSS 信号源,实现天基卫星与陆基伪卫星信号联合解算,达成室内外无缝 PNT。

一、陆基伪卫星实现无缝 PNT 核心原理

陆基伪卫星,也被称为室内陆基卫星,核心思路是在遮挡区域部署基站,发射与北斗兼容的导航测距信号与导航电文。普通 GNSS 接收机可将伪卫星识别为地面“卫星”,混合接收室外天基北斗信号与室内伪卫星信号统一解算,终端在室内外移动过程中无需切换定位模式,持续输出位置、速度、时间信息。

想要稳定实现无缝 PNT,系统需要满足三大基础条件:

1. 基站纳秒级时间同步:所有伪卫星基站统一溯源至北斗时 / UTC,基站之间时间同步精度优于 10ns,保障伪距测量精度,一般通过驯服铷钟、光纤同步组网实现时间统一。

2. 基站坐标精密标定:提前采用测绘手段获取每台伪卫星基站的大地三维坐标,将基站位置信息写入导航电文,替代传统卫星的轨道星历。

3. GNSS 兼容信号体制:伪卫星发射标准 BDS B1/B2 等导航信号,包含载波、PRN 测距码、导航电文;手机、车载模组、GNSS 接收机等现有终端可直接捕获跟踪,无需硬件改造。

接收机混合接收天基北斗卫星信号与陆基伪卫星信号,统一测量伪距。伪距为光速乘以信号传播时间,观测到 4 个及以上有效信号源(天上卫星或地面伪卫星),即可求解接收机三维坐标以及接收机钟差。

室外场景:以北斗卫星信号为主,伪卫星作为信号增强;室内外过渡区域:天基信号逐步减弱、伪卫星信号逐步增强,联合解算保证位置平滑无跳变;全封闭室内:依靠伪卫星基站独立完成 PNT 解算。

对连续位置做差分运算得到速度信息,结合电子地图实现连续导航;同时终端持续校准本地时钟,保障授时连续性,完整实现定位、导航、授时一体化服务。

工程难点:室内环境存在多路径反射、远近效应(近基站信号压制远端基站信号),可通过功率自适应控制、天线优化、算法补偿等方式抑制。

二、系统组成与工作流程

1. 部署层:完成伪卫星基站点位布设、基站大地坐标标定,搭建基站时间同步组网;

2. 信号发射层:伪卫星基站生成北斗兼容导航信号并向外广播;

3. 终端解算层:GNSS 接收机捕获、跟踪多路信号,输出伪距观测值;

4. 解算与应用层:混合观测数据联合解算,持续输出 PNT 信息给上层业务系统。

三、系统工作模式

1. 卫星补充模式(无缝 PNT 主推模式):伪卫星作为北斗卫星信号的补充,天基 + 陆基信号联合解算,实现室内外平滑切换,是室内外无缝 PNT 场景最常用方案。

2. 卫星增强模式:在城市峡谷、厂区边缘等卫星几何构型较差区域,增强导航信号,提升定位精度与可靠性;终端进入室内后平滑过渡至伪卫星定位。

3. 备份模式(独立拒止 PNT):不依赖天基卫星,多用于对抗场景,一般不作为民用无缝 PNT 方案。

四、典型应用场景

1. 公路隧道、地下道路车路协同:车辆从露天道路驶入隧道,车载 GNSS 终端无需改造,定位连续不中断,支撑隧道自动驾驶、车辆监控与应急救援。

2. 智慧工地、大型厂区(露天 + 厂房一体化):工程机械、巡检人员在露天场区与封闭厂房之间移动,复用手机、车载 GNSS 终端,实现人员安全管控、设备调度、边坡与基坑形变监测。

3. 交通枢纽(航站楼、高铁站、地下车库):旅客可依靠手机实现室外到室内连续导航,用于室内找车位、商铺导航、客流统计,无需佩戴专用定位标签。

4. 智能制造与大型物流园区:AGV、叉车、巡检机器人在露天堆场与车间、仓库之间转运物料,实现跨区域连续自主导航,并为车间各类设备提供统一授时。

五、方案优势

1. 终端兼容性强:复用现有 GNSS 硬件,无需佩戴专用定位标签,降低项目改造与后期运维成本;

2. 定位平滑过渡:底层统一联合解算,不存在定位模式切换带来的位置跳变;

3. 一体化 PNT 能力:一套系统同时提供定位、导航、授时服务;

4. 部署灵活:可根据遮挡区域大小按需布设伪卫星基站。

六、技术局限

1. 属于局域覆盖方案,大面积场景下需要部署较多伪卫星基站;

2. 室内环境存在多路径干扰、远近效应,需要针对性工程优化设计;

3. 墙体遮挡会衰减伪卫星信号,室内外过渡区域需要合理规划基站布局。

七、总结

基于陆基伪卫星的无缝 PNT 方案,通过在遮挡区域部署北斗兼容的陆基信号源,实现天基 GNSS 与陆基伪卫星混合解算,打通室外到室内的定位断点。该方案可直接兼容现有 GNSS 终端,能够在隧道、大型厂区、交通枢纽等场景落地,是实现室内外一体化 PNT 的重要技术路线。

西安同步电子科技有限公司长期深耕时间同步、授时与 PNT 相关技术领域,持续推进陆基伪卫星技术的工程化研究与行业落地,为各行业用户提供稳定可靠的室内外一体化 PNT 解决方案。



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