把天上信号“搬”到地下 北斗系统“引星入地”如何影响生活？｜科学家·马上回答

封面新闻记者 张峥

为啥一进地下车库，导航就“失联”？能否让导航信号在地下也保持通畅？随着科技进步，这些问题有望迎刃而解。

近日，据中国卫星导航系统管理办公室消息，为提供更加优质的服务，北斗卫星导航系统将于近期实施在轨升级，对部分卫星的工作状态进行优化调整。

不仅天上信号升级，地下也能稳稳收到北斗信号，一系列“引星入地”工程也在进行当中。北斗以这种“看不见”的方式，深刻融入我们的日常生活。什么是“引星入地”？北斗导航信号如何清晰地进入隧道和地下？针对这些热点话题，3月16日，封面新闻采访了电子科技大学自动化工程学院副研究员、国际大地测量协会GNSS干扰与欺骗工作组成员郭承军，为您揭开“引星入地”的神秘面纱。

“引星入地”，让隧道内导航不再“失联”。

为什么一进地下车库，导航就“失联”？

您是否遇到过这种情况：开车在地面上导航精准无误，一旦驶入地下车库或隧道，导航信号变弱？

郭承军教授解释，这并非北斗系统“失灵”，而是物理规律使然。北斗卫星距离地球表面有两万到三万多公里，以北斗信号的发射频率，通常在L波段，当信号穿越漫长的大气层到达地面时，已经极其微弱了。

“业界有个形象的比喻，这相当于你在两万公里外看一盏25瓦的灯泡。”郭承军说，这种强度的信号，别说穿透地下车库的钢筋混凝土，就算是一片浓密的树叶遮挡，或者你站在高楼的屋檐下，信号都会大打折扣甚至丢失。因此，传统的卫星导航信号确实难以直接进入室内或地下空间。

安装在隧道内的发射器

“引星入地”：把天上的信号“搬”到地下

那么如何让导航信号在地下也保持通畅？郭承军教授给出了答案——“引星入地”。“它并不是让卫星信号真的穿透地层，而是通过地面通信网络和室内基站，把北斗的导航信号‘搬运’或者‘模拟’到了地下。”

“这其实是巧妙的地面端工程技术。”郭承军介绍，这种技术在工程上通常被称为“室内外无缝定位系统”或“伪卫星技术/5G+北斗室内分布系统”。目前，国内已有许多成功的工程实践项目，例如正在建设的南京建宁西路过江隧道项目就使用了这种技术。

那么，具体是怎么做到的呢？

简单理解，引星入地技术，就是在隧道口、地下车库外面能看到星星的地方安装接收天线，把天上微弱的北斗信号接收下来，然后通过光纤或者电缆传导到地下的隧道或车库内部，再通过安装在天花板上的类似宽带路由器的发射器——室内播发基站，把这些导航信号“原汁原味”地在地下重新广播出来。这样一来，身处地下的车辆和手机，就能像在室外一样接收到北斗导航信号，实现连续、精准的定位。

通过隧道内发射器把信号播放到隧道内部

地铁里的信号从何而来？

既然提到了地下信号，很多人会问：我们在地铁里打电话、刷视频，靠的又是什么信号？

郭承军指出，我们在地铁、隧道里使用的语音通话和上网功能，依靠的是三大运营商——移动、联通、电信的蜂窝移动通信信号（4G、5G），而不是直接来自天上的卫星信号。

“你可能会想，地铁在深深的地下，基站信号是怎么进来的？”郭承军解释说，这是因为运营商在建设地铁和隧道时，同步部署了一套叫做“室内分布系统”的基础设施。

如果您仔细观察地铁隧道的侧壁，会发现一根沿途铺设的特制粗电缆，这叫做“漏泄同轴电缆”（漏缆）。它就像是一个长长的、均匀漏水的管子，只不过它“漏”出来的是无线电信号。列车开到哪里，手机就能就近接收到漏缆发射的基站信号。再加上地铁车厢内部或站台上安装的小型天线，俗称“蘑菇头天线”，就保证了咱们在地下依然可以畅通无阻地刷视频、打电话。

北斗的独门绝技：短报文通信

作为建设成熟、功能完备的全球卫星导航系统，北斗目前在轨运行卫星数量已达50颗，空间信号精度优于2米，全球定位精度优于10米。但除了定位和导航，北斗还有一项最具特色的“独门绝技”——短报文通信功能。

什么是短报文？顾名思义，它能发送像短信一样的信息。

“当你身处大洋中心、原始森林、沙漠腹地，或者遭遇地震导致地面基站全毁的灾区，没有手机信号时，只要你的终端能看到天空，就可以直接与北斗卫星通信。”郭承军介绍，早期的北斗系统能发几十个汉字，现在的北斗三号系统已经可以一次发送1000个汉字，甚至能发送语音和紧缩格式的图片。在生死攸关的时刻，这几十个字就是保命的通信信号，正所谓“你在北斗，满天星斗”。目前，包括华为在内的多款国产旗舰手机已集成了这一功能。

“5G+北斗”“上天入地”无死角

5G在地下有强信号但缺乏精确的绝对坐标，北斗有精确坐标但进不了地下。我国现在大力推行“5G+北斗”融合发展。郭承军总结，北斗卫星导航信号就像是浩瀚大海上的“超级灯塔”，它一直亮着光告诉你坐标，但光很弱，只有在室外、头顶没有遮挡时才能看到。移动基站信号就像是你身边的“对讲机和宽带网”，随时和你互动，声音大、信息量足，不仅路边有，还能人工铺设到地铁和地下室。把两者结合起来，利用“引星入地”等技术手段，就能让老百姓真正体验到“上天入地”、无死角的智能生活！