一、所属领域

通信与信息技术、定位导航

二、项目介绍

1. 痛点问题

虽然基于导航卫星的室外定位技术已经基本成熟，但卫星导航无法在室内、地下、洞穴等场合实现用户终端的定位和同步，同时在室外复杂场景内无法提供稳定的高精度定位服务。室内定位技术还有许多亟待解决的问题：例如只利用单一信息源进行室内定位，不但成本高、效率低，而且定位精度差，容易受干扰。基于无线电信号强度、基于磁场、基于角度测量的定位方法定位精度较差并且不能实现节点之间的同步。

2. 解决方案

本团队对高精度定位技术有着长期深入研究，拥有阵列定位技术、网络协作定位、人工智能定位等多项核心技术。独有的单基站定位方案可实现目标节点的高精度定位，其室内有效精度可达厘米级，覆盖半径可至百米级，处于行业领先水平。本团队创新性地研发出网络协作定位技术，可大幅提高网络节点的可定位性、定位精度和系统稳定性。同时，本团队也研制了一整套基于人工智能技术的非视距识别技术、大数据训练模型、无线信号强度的学习方法、多源信息融合算法等，大幅优化了定位系统性能，保障整体定位系统的稳定与高效。针对不同定位场景和需求提供个性化、全方位的智能定位方案。

图1 本成果核心技术

单基站定位方案：现有基于超宽带信号的定位技术多是基于测距或到达时间差的定位方法，需要部署三个以上的基站才能够实现二维定位。基于测距的定位系统单次测量时间长，系统容量低。基于到达时间差的定位方法需要定位基站之间时钟同步，系统复杂度高。在室内复杂环境中，当多个定位基站中的一个或几个基站被障碍物遮挡，都会导致定位结果的偏移，需要部署更多的基站以保证高精度定位系统的覆盖。

图2 单基站定位技术

本团队设计了单基站定位系统，利用超宽带信号的高精度测距以及天线阵列的角度测量信息，使用单台基站即可实现一定范围内的高精度定位覆盖，显著降低系统复杂度并降低了系统的部署成本。传统的基于到达相位差的角度估计算法受天线耦合效应的影响严重，且天线阵列孔径限制了角度的估计精度。为了提高单基站定位系统的定位精度，本团队搭建了天线间距大于信号半波长的超宽带天线阵列定位设备，并设计了相应的定位算法，实现了分米级的定位精度。

协作定位方案：对于部分定位信号被遮挡的复杂场景、未部署定位系统的区域或一些特殊应用场景，本团队设计了基于移动自组网的协作相对定位方法。多个用户通过超宽带标签实现用户之间的距离和角度测量，利用该测量值实现目标之间的相对定位。超宽带标签上装有惯性测量单元，通过跟踪用户的运动状态，实现稳定高精度的相对定位结果。此外，基于该算法可以实现用户之间的协作，用于增强定位系统在信号遮蔽处的定位精度。

3. 竞争优势分析

本成果核心技术在行业内领先，定位精度高、稳定性高、成本低。原型样机已经在工业场景得到了验证，展现了显著的性能和成本优势。

4. 市场应用前景

本成果技术可用于精准定位导航及相关领域，应用前景广阔。基于本成果技术开发的高精度、低成本、泛适用的定位系统，可应用于各种室内定位导航，以及电厂电站、矿井隧道、施工现场、工厂矿区等领域的安全生产，养老院、司法监所、生产制造、仓储物流等领域的人、物定位追踪及精细化管理等场景。基于动态网络协作定位技术突破从固定场景定位到复杂多变场景的快速定位，填补空白，构建可快速部署、适应复杂多变环境、实时高效的精准定位系统，为消防搜救、应急处突等特种应用领域提供重要技术支撑、提升应对突发社会问题的快速响应能力。

5. 发展规划

目前精准定位行业方兴未艾，团队聚焦于相关行业解决方案，已取得良好成果和经济效益，未来将着眼于人工智能、优化算法与芯片设计等方面，预期有良好经济效益。

6. 知识产权情况

已授权中国国家发明专利3项。

三、合作需求

寻找应用场景；寻求资源对接，主要为有精准定位需求的工业领域。

四、团队介绍

团队隶属于清华大学电子系信息系统研究所，长期从事定位感知、多体协同、生物信息等方向研究。团队负责人为电子系长聘教授、博导，入选国家级青年人才计划，主持国家级、省部级科研项目20余项。出版著作1部，发表国际顶级期刊论文70余篇，获中国和美国发明专利授权19项。曾荣获马可尼协会青年学者奖，求是科学基金会杰出青年学者奖、中国电子学会科技进步一等奖等奖励。发表学术论文曾荣获IEEE通信协会Ellersick最佳论文奖和多次国际会议最佳论文奖。现担任IEEE旗下多个重要期刊的编委，并多次担任国际学术会议技术委员会的分会主席，曾担任IEEE通信协会下属无线电通讯技术委员会主席。

五、联系方式

E-mail：ott@tsinghua.edu.cn

成果编号：2022049

注：所有成果发布内容未经授权，请勿转载！

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