湘潭大学蔡成林教授团队的创新技术：瞄准国家战略刚需 赋能北斗高精度定位

来源：滚动播报

（来源：科创中国）

在北斗卫星导航系统全球化服务的宏伟蓝图中，实时高精度定位技术是支撑其深入各领域的核心支柱。当人们惊叹于北斗在自动驾驶、精密施工、灾害监测等领域的精准应用时，很少有人知晓，湘潭大学蔡成林教授领衔的北斗精智导航创新团队，正以三项国际顶尖的核心技术，为北斗全球泛在实时高精度定位搭建起坚实的技术底座。短基线实时毫米级RTK、瞬时厘米级PPP、室内厘米-毫米级伪卫星，这三大技术如同三把“金钥匙”，分别破解了传统定位技术中基准站依赖、收敛时间过长、室内定位盲区的行业痛点，将北斗高精度定位的应用边界不断拓展。

顺势而动，响应国家战略需求

选择北斗泛在实时高精度定位这一领域，既是响应国家战略的必然选择，更是瞄准无处不在的行业刚需做出的精准判断。在蔡成林教授看来，导航定位技术早已从最初的军事应用，渗透到民生、工业、科研等各个领域，而“高精度”与“泛在化”则是新时代对导航技术提出的核心要求。

目前，国际上GNSS实时高精度定位的主流技术是RTK，但这种技术存在一个致命短板——必须密集部署地面基准站。在我国广袤的沙漠、海洋等无人区，基准站的建设成本极高且难以维护；而在海外市场，基准站的部署更是受到诸多限制，这严重制约了北斗的国际化推广。与此同时，地球动力学研究、大型工程精密施工等场景对毫米级实时定位的需求日益迫切，传统RTK技术显然无法满足这些需求。

“那时候整个行业都陷入一种困境：有了北斗卫星，却没有与之匹配的高精度定位技术，无法充分发挥卫星系统的价值。”蔡成林教授回忆道，这正是团队研究初期面临的最大行业痛点，也成为了他们攻坚克难的最大动力。当时，他带领团队扎根RTK技术研究，希望通过技术创新毫米级实时的技术瓶颈。在北斗二代向三代过渡的关键时期，PPP技术进入了团队的视野。这种依靠单台接收机就能实现全球分米级甚至厘米级定位的技术，能彻底摆脱对地面基准站的依赖，无疑是推动北斗国际化的“利器”。但美中不足的是，传统PPP技术的收敛时间长达十分钟以上，对于实时动态导航定位应用而言，几乎没有实际价值。

更让行业头疼的是，室内、地下等空间始终是GNSS信号无法覆盖的“盲区”。随着智慧城市、无人工厂、地下轨道交通等产业的发展，室内高精度定位的需求愈发迫切。国际上虽已出现数十种室内定位方法，如蓝牙、UWB、WiFi等，但这些方法要么定位精度不足，要么通用性差，始终无法达到室外GNSS的水平，也难以实现室内外定位的无缝衔接。

面对RTK基准站依赖、PPP收敛时间长、室内定位盲区这三大难题，蔡成林教授团队没有急于求成，而是进行了系统的研判。“这三者看似独立，实则存在紧密的内在关联，共同构成了北斗泛在高精度定位的技术链条。”蔡成林教授解释道，在有基准站覆盖的区域，RTK是最优选择；但在海洋、沙漠、海外等无基准站区域，PPP技术是必然方向；而室内定位则是实现“全空间泛在定位”的最后一块拼图。基于这样的判断，团队制定了“分步突破、循序渐进”的研究策略：在北斗二代时期聚焦RTK技术攻关，在北斗三代时期同步推进PPP技术优化和室内伪卫星技术研发，最终形成三大技术协同发力的格局。

为了让研究更有支撑，团队依托国家应用数学中心、北斗实时精密导航应用技术湖南省工程研究中心等高端科研平台，组建了由北斗导航技术专家和应用数学专家组成的交叉研究团队，为后续的技术突破奠定了坚实基础。

核心技术，打破国家技术瓶颈

从理论创新到模型构建，从算法优化到设备研制，蔡成林教授团队以“啃硬骨头”的韧劲，逐一破解了三大行业难题，铸就了北斗高精度定位的国际制高点。

短基线实时毫米级RTK技术的突破，始于对“残余误差”的极致追求。传统RTK技术虽能实现高精度定位，但在复杂环境下，各种误差因素会导致定位精度下降，难以达到毫米级实时定位的要求。蔡成林教授团队经过反复试验，提出了“GNSS互差中值加权定位原理”“空间非相关性误差消除模型”“定位噪声双加速抑制模型”等一系列变革性新理论和新模型，从根本上解决了RTK残余误差消除的难题。

经过省级和国家级检测机构测试认证，该技术在空旷短基线条件下，数秒钟内就能实现毫米级实时定位，短基线整周模糊度固定精度达到国际领先水平。这一技术的突破，让北斗在精密施工、形变监测等场景的应用成为现实。目前，该技术已成功应用于某中铁局的智能化铺轨工程中，实现了轨道铺设的毫米级精准控制；在某建筑公司承建的火力发电双曲线冷却塔施工中，该技术实时测量冷却塔半径，确保了施工精度；同时，该技术还在水坝、桥梁等大型构筑物的形变监测中发挥着重要作用，为构筑物安全提供了精准的数据支撑。

如果说RTK技术的突破解决了“局部高精度”的问题，那么瞬时厘米级PPP技术的研发，则为北斗“全球高精度”应用打开了通道。传统PPP技术收敛时间长的核心症结，在于载波相位定位中的“初始整周模糊度”难以快速正确固定。

为了解决这一难题，团队创新性地提出了“方差置信一致估计的初始整周模糊度固定”技术。该技术通过设计专门的估计器，精准估计定位误差的范围，当估计值落在期望的置信区间内时，就能大幅缩小搜索空间，从而快速实现初始整周模糊度的正确固定。这一技术的应用，让PPP收敛时间实现了“量级跨越”：对于北斗/GPS组合的双频双系统，收敛时间从传统方法的15分钟缩短至1分钟内；对于单北斗系统，收敛时间也能控制在3分钟以内。“这意味着，在海外没有基准站的地方，只要有北斗信号，就能在几分钟内实现厘米级高精度定位，这对北斗国际化推广的意义不言而喻。”蔡成林教授自豪地说。

室内定位盲区的突破，则源于团队对“伪卫星”技术的自主创新。“既然卫星信号进不来，我们就把‘卫星’搬到室内。”蔡成林教授的思路很清晰，他们自主研制了完全兼容北斗的伪卫星，这种微型化的“北斗卫星”，能实现与北斗在时间基准、坐标框架、信号体制和定位原理上的“四项统一”。将多颗伪卫星在室内组网后，普通北斗接收机就能像在室外一样接收信号，实现绝对精密定位。

与蓝牙、UWB等传统室内定位技术相比，这种伪卫星室内定位技术具有得天独厚的优势。“传统技术要么是相对定位，要么精度不够，而且与室外北斗定位无法无缝衔接。我们的技术实现了室内外定位的‘同根同源’，真正打通了室内外一体化导航定位的通道。”蔡成林教授介绍，目前该技术已实现伪卫星RTK定位精度达到厘米级甚至毫米级，伪卫星PPP定位精度达到20厘米，为地铁、高铁、无人工厂等场景的室内高精度定位提供了全新的技术方案。

在这些技术突破的背后，跨学科合作发挥了关键作用。北斗团队专注于定位算法的研发与优化，应用数学团队则为算法的稳定性、极端条件下的适应性提供理论支撑。蔡成林教授回忆起一个印象深刻的案例：在研究多历元载波相位绝对定位时，短时组合会出现病态方程，导致算法无法正常运行。应用数学团队介入后，通过构建全新的数值解法，成功解决了这一难题，为后续技术突破扫清了障碍。

产业转化，助力北斗全球纵深发展

随着低空经济、人工智能、智慧城市等新兴产业的快速发展，北斗高精度定位的应用需求正呈爆发式增长。海洋勘探、沙漠资源开发、海外工程建设、室内无人仓储等场景，对实时高精度定位的需求日益迫切，这为蔡成林教授团队的技术成果转化提供了广阔的空间。

目前，团队的三大核心技术已形成“一成熟两推进”的良好态势。短基线实时毫米级RTK技术已成功落地多个行业场景，凭借其高精度、高实时性的优势，获得了企业的高度认可。PPP技术和北斗伪卫星技术虽已攻克核心算法，但团队并未急于商业化，而是在进行示范应用前的最后打磨。“高精度定位技术关系到工程安全、产业效率，必须精益求精，确保技术的稳定性和可靠性才能推向市场。”蔡成林教授的严谨态度，彰显了科研工作者的责任与担当。

面对北斗产业化、规模化和国际化加速推进的趋势，蔡成林教授团队早已制定了清晰的技术迭代和成果转化规划。在技术迭代方面，团队将持续聚焦行业需求，针对不同场景的特殊性，优化技术参数，提升技术的适应性和鲁棒性。“比如在海洋场景，信号受多路径效应影响更大；在沙漠场景，环境干扰更多。我们要根据不同场景的特点，对技术进行定制化优化。”蔡成林教授说。

在成果转化方面，团队提出了四大规划，目标直指国际领先：一是针对RTK短基线应用需求，研发国际第一款短基线实时毫米级RTK标准化产品，树立行业技术标杆；二是针对中长基线应用需求，研制精度和实时性均优于国际同类产品的多天线实时毫米级RTK装备，打破国际技术垄断；三是研制国际首台套PPP瞬时高精度定位装备，为北斗国际化提供核心竞争力，助力我国在全球卫星导航领域掌握更多话语权；四是研发成本与UWB基本等同的伪卫星室内精密定位系统，降低商业化门槛，推动其在地铁、无人工厂等场景的规模化应用。

作为我国北斗导航领域的拓新者，蔡成林教授团队的研究之路，正是我国北斗事业从跟跑、并跑到领跑的一个缩影。从瞄准行业痛点开始，以理论创新为基础，以技术突破为核心，以产业应用为目标，团队用多年的坚守与创新，为北斗全球泛在实时高精度定位贡献了“湘大智慧”。随着团队技术成果的不断转化，随着更多北斗高精度定位技术的突破，北斗必将在全球范围内实现更深层次、更广泛的应用，为世界卫星导航事业发展贡献中国力量。

（来源：科技日报 作者：张勇生 马利豪）