摘要：地球物理观测是在一个由时间与三维空间组成的时空体系中进行的，任何地球物理观测数据都是对应一定的观测时间和空间位置的。高精度授时和空间定位技术进步，使得时间和空间位置观测变得越来越精准化、自动化、无人化和智能化，也彻底改变了地球物理观测的仪器装备发展水平和工作模式，显著提升了地球物理观测的数据规模和质量，为地球物理技术的发展和应用提供了坚实的技术基础。尽管常规的全球卫星导航系统一般提供的定位精度在5-10m，但是通过地基或空基增强系统可以提供厘米级的高精度定位，基本满足绝大部分地球物理观测的时空参考需求。然而，由于电磁波传播的穿透能力有限，卫星导航定位只能在地表和空中范围内进行，室内、地下、水下等空间却无法获得卫星导航系统的定位服务。因此，卫星导航系统不能完全满足全域地球物理观测的时空参考需求。目前，对于水下、地下和室内空间，尚未形成覆盖全球或区域性的定位服务基础设施，但形成了一系列的定位技术，如水下声学定位技术、地下超宽带（UWB）定位技术等，这些技术在满足一定需求的情况下，仍存在诸多的不足，有待进一步完善和发展。主要不足表现在以下几个方面：大多数定位都需要部署一系列基站，建设成本高；精度不能完全满足要求；无法部署大范围的区域定位服务系统，只能针对局部需求用户自建局部服务系统。
时空定位技术的发展趋势可能表现在以下几个方面：全球低轨导航增强卫星星座的建设势在必行，它将实现厘米级高精度定位，并将融合宽带通讯功能形成天-空-地一体化的时空互联网系统；水下、地下和室内空间定位技术将进一步发展与完善，并与GNSS卫星导航系统融合形成全域一体化定位服务系统；地球物理观测在享用丰富多彩的时空定位服务的同时，也将充分发挥自身的技术优势，发展出一系列针对水下和地下空间的地球物理定位技术，服务于其它行业和应用。尤其要充分发挥地震波等穿透能力强的地球物理波场技术优势，攻克地下空间定位难题。时空基础设施不断完善和定位技术的不断发展，必将推动地球物理观测技术的进步，助力地球物理数智化变革（数字化转型与智能化发展）。GNSS等时空基础设施与定位技术的进步，以及以5G通讯和卫星互联网技术的普及化应用，必将推动地球物理观测系统的物联网化，也必将支撑和助力地球物理行业的数字化转型和智能化发展。GNSS卫星定位模块低成本将推动地球物理仪器中集成的普及化，实现地球物理观测的自主时间同步、自主定位功能，提升地球物理观测的自动化，如推动地震观测的全节点化。水下定位技术的发展将推动深水地球物理观测技术（OBN、DAS等）的发展和规模化应用。配备有定位与通讯功能的空中、地面、水面和水下机器人与航行器将成为地球物理观测平台和辅助工具。
本篇为《时空基础设施与定位技术发展驱动地球物理观测数智化变革》一文的第一部分
引言?
地球物理观测是在一个由时间与三维空间组成的时空体系中进行的，任何地球物理观测数据都是对应一定的观测时间和空间位置的。过去的时间和空间位置测量大都是通过人工测量和记录的，而近一二十年来的高精度授时和空间定位技术进步，使得时间和空间位置观测变得越来越精准化、自动化、无人化和智能化，也彻底改变了地球物理观测的仪器装备发展水平和工作模式，显著提升了地球物理观测的数据规模和质量，为地球物理技术的发展和应用提供了坚实的技术基础。当前，人类已经建立起来以全球卫星导航系统（GNSS）为主的全球时空基础设施，服务于世界各国的军事国防、经济建设和大众生活，也支撑着地球物理观测活动。但是，由于地球物理观测包括了空中、地表、地下、水下、室内等一系列不同的环境，仅仅依靠卫星导航系统尚不能完全解决时间同步和空间定位问题，常规的卫星导航系统提供的空间定位精度也不能完全满足地球物理观测的精度要求。本文主要从地球物理观测的时间和空间定位需求出发，系统梳理了国内外时空基础设施和技术的发展现状和趋势。主要包括以下内容：
（1）全球卫星导航系统发展现状与趋势；
（2）5G定位技术发展现状与趋势；
（3）室内定位技术发展现状与趋势；
（4）水下定位技术发展现状与趋势；
（5）地下定位技术发展现状与趋势；
（6）时空基础设施与定位技术进步对地球物理智能化发展的作用。
一、全球卫星导航系统发展现状与趋势
（一）全球卫星导航系统概况
刘健、曹冲在《全球卫星导航系统发展现状与趋势》（《导航定位学报》年第1期）一文中系统介绍了全球卫星导航系统的发展历程、现状和趋势。全球卫星导航系统（GNSS）业已经历了四十多年的发展历程，从20世纪70年代中后期开始建设的美国全球定位系统（GPS）和苏联格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS），到21世纪初开始建设的中国北斗卫星导航系统（BDS）和欧洲伽利略卫星导航系统（Galileo）；至年，以上4个GNSS都全部投入完全服务。除此以外，还有日本的准天顶卫星导航系统（QZSS）和印度的区域卫星导航系统（IRNSS）等2个区域系统；以及美国的广域增强系统（WAAS）、俄罗斯的差分改正监测系统（SDCM）、欧洲的地球静止导航重叠服务系统（EGNOS）、印度的GPS辅助型静地轨道增强导航系统（GAGAN）和日本的多功能卫星星基增强系统（MSAS）等，从而构成包括全球系统、区域系统和星基增强系统在内的GNSS系统之系统。年全球GNSS系统在轨工作的卫星总数量达到颗，年超过颗。
GNSS卫星数量
GPS系统发展与升级
GLONASS系统发展与升级
Galileo系统发展与升级
在早期已有美国全球定位系统（GPS）系统的前提下，欧洲、俄罗斯和中国等国也出于军事国防和基础技术设施自主可控的角度出发建设了自己的卫星导航系统，全球国际关系发展形势也充分说明了中国自主发展北斗导航系统的战略意义。全球卫星导航系统也在不断的发展与升级之中，以期满足不断发展的定位与导航需求，特别是在提升服务范围、服务精度等方面不断进步。从本质上来讲，全球卫星导航系统（GNSS）主要提供定位、导航和授时服务即PNT服务。
全球卫星导航已经发展成为一个巨大的服务市场，服务于各行各业。近年来支持卫星导航的智能手机快速发展以及政府、商业、军事、工业领域对精确定位导航的卫星导航解决方案日益重视，促进了全球市场增长。根据《GNSSMarketReport》，年全球卫星导航产业市场规模为亿欧元，预计年市场规模将达到亿欧元，-年复合增速为8%。根据美国卫星产业协会(SIA)发布的历年《卫星产业现状报告》，年全球卫星导航设备市场收入为亿美元，较上年同比增长约6%。根据赛迪发布的《年卫星导航市场概述及发展预测》数据，年全球卫星导航市场规模为3.0亿美元，同比增长5.8%。统计数据具有一定的差异，但大体反映了其市场规模。全球卫星导航系统可向全球用户提供高质量的定位、导航和授时（PNT）服务，已成为重要的空间信息基础设施，在国民经济建设与军事国防领域发挥着十分重要的作用，其应用仅受限于人们的想象力。
（二）北斗卫星导航系统概况
庞之浩、王东在《坚苦卓绝的“北斗”发展历程》（《国际太空》年8月）一文中系统介绍了中国北斗卫星导航系统的发展历程和现状。20世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，逐步形成了三步走发展战略，年启动北斗导航系统（BDS）的建设工作：年底建成北斗卫星导航试验系统即北斗一号（BDS-1），向中国区域提供服务；年底建成北斗二号区域系统（BDS-2），向亚太地区提供服务；年建成北斗三号全球系统（BDS-3），向全球提供服务。年前还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系。中国坚持“自主、开放、兼容、渐进”原则建设发展北斗卫星导航系统：①所谓自主，是坚持自主建设、发展和运行BDS，具备向全球用户独立提供卫星导航服务的能力；②所谓开放，是免费提供公开的卫星导航服务，鼓励开展全方位、多层次、高水平的国际合作与交流；③所谓兼容，是提倡与其他卫星导航系统开展兼容与互操作，鼓励国际合作与交流，致力于为用户提供更好的服务；④所谓渐进，是分步骤推进BDS建设发展，持续提升BDS服务性能，不断推动卫星导航产业全面、协调和可持续发展。年6月23日北斗系统第55颗卫星即最后一颗组网卫星发射成功，6月30日卫星成功定点于地球静止轨道，所有30颗北斗三号卫星全部转入长期管理模式，全面完成北斗三号全球卫星导航系统星座部署，比原计划提前半年。北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式于年7月31日上午在人民大会堂举行，习近平主席宣布“北斗三号全球卫星导航系统正式开通！”。北斗一号“双星定位”系统采用有源定位体制，服务范围为N5°～55°、E70°～°；定位精度为20m；授时精度为ns；支持用户每次能发个字的短信。由14颗北斗二号卫星（5颗GEO卫星＋5颗IGSO卫星＋4颗MEO卫星）组成区域导航卫星星座。北斗二号系统在兼容北斗一号系统基础上，采用了混合星座，增加了无源定位体制，为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。其服务范围为E55°～°，N55°～55°；定位精度为10m；测速精度为0.2m/s；授时精度为50ns；短信的字数每次仍为个字。北斗一号双星星座
14颗星组成的北斗二号星座
30颗星组成的北斗三号星座
北斗三号全球卫星导航系统（BDS-3），由24颗中圆地球轨道卫星（MEO）、3颗地球静止轨道卫星（GEO）和3颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO），共30颗卫星组成。
BDS由空间段、地面段和用户段3部分组成：空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星3种轨道卫星组成混合导航星座；地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站；用户段包括BDS兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用与服务系统等。BDS具有以下特点：①BDS空间段采用3种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区性能特点更为明显；②BDS提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度；③BDS创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务5大功能，并将导航定位、短报文通信、差分增强3种服务融为一体。北斗三号卫星导航系统提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区中免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10m，授时精度为50ns，测速精度0.2m/s。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。北斗三号区域短报文提升至0个汉字。北斗三号全球服务的性能指标是：空间信号测距误差优于0.5m；定位精度单频测量为7m、双频测量为3m；测速精度0.2m/s；授时精度20ns；可用性99%。而其在亚太区域的服务性能明显优于全球性能。北斗三号全球卫星导航系统全球范围定位精度优于10m，根据最新测算全球实测定位精度均值为2.34m。下表为北斗三号系统提供的6种服务及其参与服务的卫星数量分布。
北斗三号提供的6种服务及其参与服务的卫星数量与分布
北斗三号星座首次采用了星间链路技术，实现了星间数据传输和精密测量，可快速建立与中轨卫星、高轨卫星、地面之间的信息链路，满足卫星一站式测控需要，从而大幅提高卫星测定轨精度，提升电文注入频度，并解决了境外监测卫星的难题，大大减少了对地面站的依赖，提高了卫星自主导航的能力。掌握星间链路技术是“北斗”卫星系统实现自主导航的关键，用它不仅实现了北斗卫星相互间的通信和数据传输，还能相互测距，自动“保持队形”，从而减轻了地面管理维护压力，有效降低了系统的运行管理成本。
星载原子钟被称为导航卫星的“心脏”。北斗三号卫星上的原子钟精度由北斗二号卫星的每30万年误差1秒，提高到每万年误差1秒，即相对精度达到10的负14次方，而对地提供的绝对授时精度为20ns即10的负8次方秒。北斗三号系统是全球首个提供三频信号服务的卫星导航系统，使用三频信号可以构建更复杂模型消除电离层延迟的高阶误差，北斗三号卫星还在世界上首次实现了卫星在轨自主完好性监测功能，这一功能对民航、自动驾驶等生命安全领域用户来说，具有极强的实用价值。北斗卫星导航系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航与授时（PNT）服务的国家重要时空基础设施。年前，我国将建成以北斗卫星导航系统为核心的天地一体（包括太空、地面、水下、室内）、覆盖无缝、安全可信、高效便捷的国家综合PNT体系，显著提升国家时空信息服务能力，满足国家安全和国民经济发展需求，以更强的功能、更优的性能服务全球，造福人类。
（三）全球卫星导航系统发展趋势为满足人类日益提高的需求，全球卫星导航系统与技术也在不断的发展之中，其中最突出的发展趋势有3个：
（1）GNSS多星座融合提高导航精度和可靠性；
（2）星基增强精密单点定位系统；
（3）导航定位与通讯的融合。1、GNSS多星座融合提高导航精度和可靠性
卫星导航在实际使用中也表现出明显的脆弱性，从遥远卫星传送过来的信号到达地面时已经非常微弱，容易受到自然和人为的电磁干扰，容易受到地形地貌地物的遮挡影响，尤其是在城市峡谷地区，各种各样的建筑物造成卫星信号的阻断、反射、折射，产生信号盲区和多径效应等等，妨碍了导航卫星信号的正常接收，因而存在没有足够的卫星数量和合理的空间分布、无法实现定位或者定位效果不佳的问题。而GNSS多星座多频点工作让卫星导航系统的精度、可用性、连续性和完好性、功能性能指标的有效性有了极大的提高和跃升。GNSS兼容互操作的概念是卫星导航国际合作最有成效的倡议，它的兼容概念是保障每个系统能够独立工作，同时又不会影响到其他系统的工作；而它的互操作概念是可以使得GNSS系统间能够相互依存，同时又可以相互利用，尤其是在频点.42MHz上实现互操作，利用同1个接收机硬件系统能够接收其他GNSS系统的同频信号，只是解调不同制式信号时在软件上有所不同。这种简单又实用的方式把多个不同系统的GNSS组成了一个崭新的多星座GNSS系统，组合能力与效果优于原先的分散系统，构成多赢的解决方案。目前市场上的大多数卫星导航芯片和模块都不同程度支持多系统多频点的定位导航，而价格从10-20元到0-元不等。2、星基增强精密单点定位系统
卫星导航的定位精度、可靠性和时效性，直接决定了它的科学和工程应用价值。由于受到多种误差的影响，常规卫星导航系统自身提供的定位精度通常只有5~10m，无法满足高精度用户的需求。为了实现厘米级甚至毫米级的定位，大地测量学家先后提出了两种精密定位方法，一种是差分定位，另一种是精密单点定位（PPP）。前者是地基增强系统，后者是星基增强系统。差分定位通常依赖于地面增强基站系统，目前国内外建立起了类似的地基增强系统可以实现厘米级定位，需要依赖一定的地基增强定位系统服务商。如北斗地基增强系统是一套可以使北斗定位精度达到厘米级的系统，于年9月正式启动研制建设，于年5月18日正式投入运行。年5月23日，北斗地基增强系统已完成基本系统研制建设，具备为用户提供广域实时米级、分米级、厘米级和后处理毫米级定位精度的能力，截至年已经在全国建立了超过个地基增强站。由中国兵器工业集团和阿里巴巴集团共同打造的千寻位置网络有限公司，负责国家北斗地基增强系统“全国一张网”的建设，天上的北斗卫星和地上的“一张网”，共同组成了中国北斗高精度定位能力的基础设施。北斗地基增强站分布图
与差分定位相比，精密单点定位（PPP）因采用非差观测模型，能同时精确估计测站绝对坐标、接收机钟差以及绝对天顶对流层延迟及其水平梯度、倾斜路径电离层延迟等参数，具有显著的优越性。因此，PPP在GNSS精密定位与定轨、精密授时、大气科学、地球动力学等诸多领域具有独特的应用价值。世界主要GNSS系统都采用星基增强精密单点定位系统提高定位精度，北斗导航系统也是如此。精密单点定位从提出到现在的20余年里，先后历经了从静态到动态、从后处理到实时、从双频到单频再到多频、从GPS单系统到GNSS多系统融合、从浮点解到固定解、从PPP到PPP-RTK等发展过程，其中最具标志性的成果是PPP固定解技术的突破。
精密单点定位（PPP）主要发展历程
北斗卫星导航系统星基增强服务通过地球静止卫星向用户播发等效钟差、轨道改正数、电离层格网改正数和分区综合改正数等四重广域差分改正数,用户在此基础上利用载波相位观测值实现实时分米级的定位性能。中科院陈俊平等的《北斗二号/三号融合的分米级星基增强算法与性能分析》（《中国科学：物理学、力学、天文学》年第1期）将BDS系统播发的四重差分改正数应用于北斗二号与三号融合的精密单点定位（PPP），基于18个测站7天的测试结果分析表明：北斗二号/三号融合的星基增强服务双频组合动态精密单点定位平均12.42min收敛至0.5m以内，收敛后的平均定位精度为平面0.15m，高程0.2m；而基于非差非组合的分区定位收敛速度更快,并且能达到与无电离层组合模型相同的精度水平，使用北斗电离层格网信息改正的单频动态定位平均11.74min收敛至0.8m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.2m，高程0.3m。
下表给出了北斗系统星基增强系统四重广域差分改正数各个参数的更新周期与有效范围，其中北斗电离层格网信息覆盖范围为东经70°–°,北纬7.5°–55°,按照经纬度5°×2.5°进行划分共个格网点,实时播发且与其他参数没有相关性。北斗星基增强系统播发的参数信息
长安大学王乐等人的《利用改正数信息的北斗三号实时精密单点定位及性能分析》（《导航定位与授时》年第6期）也研究了利用北斗三号星基增强系统播发的改正数信息进行单点精确定位的性能，分析表明：北斗三号MEO卫星实时轨道和钟差精度均值分别约为12cm和0.2ns，满足实时精密单点定位需求；利用改正数信息进行的实时精密单点定位，单双频静态定位东、北、天（Ｅ、Ｎ、Ｕ）方向精度分别优于15cm、10cm、15cm；双频动态定位精度分别优于20cm、15cm、30cm；单频动态定位精度分别约为25cm、20cm和35cm。静态定位精度高于动态定位，双频定位精度高于单频定位，均达到分米级。
武汉测绘大学陈小红等的《PPP/PPP-RTK新进展与北斗/GNSSPPP定位性能比较》（刊于《测绘学报》年第9期）则系统总结了精密单点定位（PPP）技术近几年的发展现状，重点总结了高采样率钟差实时快速估计、多系统组合PPP模糊度固定、多频GNSSPPP模型及其模糊度固定、PPP快速初始化、PPP-RTK等若干热点方向的最新研究进展。在此基础上，利用目前四大卫星导航系统（GPS、GLONASS、Galileo、BDS）最新的实际观测数据，全面比较分析了各系统及多系统组合PPP定位性能，重点给出了北斗二号/北斗三号PPP浮点解和固定解的定位精度、收敛时间和首次固定时间。结果表明：我国北斗导航卫星系统已经可以实现与其他导航卫星系统基本相当的PPP定位性能。北斗二号+北斗三号组合PPP的收敛时间/首次固定时间为20~30min；静态解的东、北、天方向定位精度在毫米到厘米级；动态解水平方向约5cm，高程方向约7cm；多系统组合可显著提高PPP定位精度、收敛时间和首次固定时；固定解定位精度比浮点解在东、北、天方向均有所提升；相比单GPS，多系统组合PPP浮点解的收敛时间和固定解首次固定时间均有大幅缩短。以下两图分别给出了静态和动态PPP定位结果的统计数据，其中G、R、E、C、分布代表GPS、GLONASS、Galileo和BDS系统。静态PPP统计结果
动态PPP统计结果
3、导航定位与通讯的融合导航与通讯的融合也是GNSS发展的一个趋势，其中首先是天基的导航与通信的一体化融合；其次就是地基通信与导航的融合。陈豫蓉在《5G与北斗高精度定位融合发展趋势分析》（《电信工程技术与标准化》年第4期）一文中阐述了地基通讯（5G通讯）与北斗卫星导航系统的融合发展趋势，重点论述了5G网络与北斗高精度定位所需的地基增强系统的网络部署融合、定位能力融合、数据播发融合和终端融合问题。5G通讯所带来的增强带宽、海量连接和超低延时等网络特性构筑起万物互联的核心基础。北斗高精度定位作为时间和空间信息感知采集的关键技术，正在推动传统产业的改造升级与新兴产业的蓬勃发展。5G与北斗高精度定位的融合，不仅可以相互赋能，彼此增强，更将打造智能化信息时代的基础感知网络。5G与北斗结合人工智能、大数据等技术将推动社会由万物互联向万物智联演进。5G的泛在连接属性将汇聚海量设备，组成一张实时在线的泛在互联网络，既包括人与人之间的交流连通，又包括物与物之间的组织协同，更包括人与物之间的感知交互。北斗卫星导航系统能提供实时导航、快速定位、精确授时和位置报告等功能，与目前各个垂直行业对于人员设备的精准位置需求高度契合。
北斗卫星导航系统的优势之一在于其较高的定位精度，其在亚太地区单点定位的精度可达2.5m，已经可以满足一些基本场景的需求。然而处于人工智能的时代浪潮中，实现机器自主决策的关键在于将场景空间及人员设备精准的映射到数字世界中，因此对于位置服务的精度需求往往是厘米级甚至毫米级。在单点定位过程中，卫星导航电文从卫星发送到接收终端会由于大气层折射和设备固有误差等因素，使得定位精度降低。为消除误差影响，提升定位精度，可以选取地质条件坚固的地点建设基准站组成地基增强网络，对卫星导航信号进行实时观测。通过这些位置已知参考点的观测数据，辅以差分解算技术（如RTK实时动态载波相位差分）剔除设备的误差影响，并计算出电离层和对流层的误差修正模型，从而提升终端的定位精度至亚米级、厘米级。因而5G与北斗高精度定位的融合，将实现智联万物在空间上的精准协同。5G接入网络与北斗高精度定位所需的地基增强系统网络均需要在全国范围内部署设备，因而在建站维护上天然存在着融合优势，因此可以从两张网络的建设部署和运维监管上进行融合。在部署方面，目前国内已经部署的4G基站超过万座，其单站的覆盖半径在1~2km，并已在部署81.9万座5G基站（至年3月底，占全球的70%）。据工信部发布的《5G应用“扬帆”行动计划（－年）》征求意见稿，到年我国5G应用发展水平显著提升，综合实力持续增强，每万人拥有5G基站18个，这也就意味着到年全国5G基站数量将达到万个以上，年中国计划新建5G基站60万个。而对于地基增强系统中所部署的基准站，由于大气层的模型参数在一定范围内的差别较小，因此其单站的覆盖半径通常为30~50km，且定位精度会随站间距的增加而降低。例如国内已投入商业运营的千寻位置在全国部署了超过个基准站，其中南方的部署较密，可达到厘米级定位精度，北方的部署密度较疏，可达亚米级定位精度。因而在建网部署上，可以考虑选取部署环境较好的5G基站站址（如框架建筑物）同时部署基准站。将基准站的接收机设备与5G基带单元部署于同一机房，将扼流圈天线与5G射频单元部署于同一天面。这一融合部署建设方案，既可以复用基站的站址、机房、传输和供电等资源降低基准站网络的建设成本，又可以复用移动运营商高质量和及时响应的设备维护团队，降低基准站网络的维护成本，提升基准站网络的系统健壮性与稳定性。北斗系统的精准时空体系可以为5G基站和网关等网络设备提供统一的纳秒级精度时间基准，复用基准站的北斗授时功能可以大幅提升5G网络的时间同步精度。在定位能力融合方面，北斗卫星导航系统与地基增强系统所构建的高精度定位能力虽然可覆盖较广的区域，但仍存在着因局域遮挡而导致的局部定位盲点区域（如高架桥、树荫下的道路）。同时密集化部署的5G基站不仅可以有效的覆盖这些室外遮蔽区域来补充北斗在室外的盲点，而且可以全面覆盖北斗信号无法传达的室内区域，因而5G与北斗在定位服务上的融合就显得恰逢其时、相辅相成。利用5G网络的技术优势可以实现较高的定位精度，利用5G网络的覆盖优势可以实现对北斗高精度定位服务盲点进行有效补充，从而打造出一张室内外场景全域覆盖的高精度定位网络。在数据播发融合方面，更好的融合5G与北斗地基增强网络，可以考虑采用移动通信信令的方式进行数据播发。基于控制面的广播模式可以避免获取终端位置的环节，既可节省上行的传输链路资源，又可降低对平台侧的高并发压力，同时可以提升终端位置信息的保密性。基于控制面的广播模式通过高精度平台的定期定向推送与基站的定时播发，可以高效快速完成差分改正数信息的分发。在终端融合方面，高精度定位终端的器件构成主要由北斗卫星导航定位模块（板卡、模块、芯片）、接收天线、UHF、网络通信模组、蓝牙、Wi-Fi模块、IMU传感器、驱动平台和最小系统（处理器、嵌入式存储器、网口芯片、电池）等组成。其成本主要集中在定位模块与接收天线，约占整机成本的60%~70%，其余模块组件根据终端产品侧重点的不同按需选择。据目前的行业调研数据来看，定位模块包括芯片（20~元）、模组（~元）和板卡（0~0元）3个层级，接收天线主要分为螺旋天线（50~元）、圆盘天线（~元）和扼流圈天线（~10元）3类，亚米级定位终端市场价约在0元，厘米级终端市场价约在1元。因此，由于定位模块及高性能天线价格较高，导致终端价格成为高精度终端推广受阻、制约高精度定位产业发展的一个关键因素。相反的是，移动通信产业经过近几十年的发展，正在逐步走向成熟稳定。移动通信终端的应用发展相对于高精度定位终端更为成熟与充分。智能手机同时也是我国北斗卫星导航系统应用中最大的大众应用市场，而这些手机大多只包含卫星信号的接收单元，不包含差分解算算法，仅支持单点定位，再加上手机天线对于卫星信号的接收能力较弱，其定位精度往往在10m左右。谷歌公司在年开放了Android系统中卫星信号原始观测量（包括载波相位、伪距、多普勒频移）的输出接口API，因此使得将差分解算算法迁移至通用的计算芯片模组上进行位置解算成为可能。因此5G与北斗高精度定位在智能手机上的融合是可行的，既可以拓宽高精度定位的产业市场，又可以提升5G终端的定位性能，赋予智能手机这类设备作为信息化社会的又一大基础感知节点。5G发展的新浪潮契机，将推动北斗及时空信息应用的泛在化，是智能化社会发展的重大机遇。总之，5G与北斗卫星导航系统的融合，从5G网络的基站建设与北斗地基增强系统的基准站建设入手，结合基站与基准站的特性进行融合，更有效、更节约的建设网络；从5G网络在定位覆盖、数据播发上的优势与北斗高精度定位进行融合，以拓展精准定位服务范围，降低通信开销；从5G终端与高精度终端的一体化发展方向进行分析，以拓展将二者融合的智能终端应用市场。二、5G定位技术发展现状与趋势
欧阳俊等在《面向5G移动通信网的高精度定位技术分析》（《移动通信》年第9期）一文中，在4G定位标准与技术特点和不足分析技术上，分析了面向5G的超密集组网下的定位技术，指出定位一体化和融合化是未来5G定位发展的趋势，进而提出了一种面向5G的异构融合一体化定位系统的网络架构。目前，基于全球卫星导航系统的定位技术已经广泛应用。然而，由于建筑物等对卫星定位信号的遮挡，导致室内定位精度无法满足其高精度定位要求。当前以室内定位为主要诉求点的定位技术，往往存在覆盖范围小、部署成本高等缺点。如何提高室内定位精度并实现室内外定位的连续无缝覆盖是定位领域亟待解决的难题。4G等传统移动通信网支持定时提前量定位、增强观察时间差定位、上行到达时间差定位，但定位精度无法满足室内定位需求。在R14标准版本中定义了一些定位增强技术，包括：共享PCI（物理小区标识）场景下的OTDOA（观察到达时间差）增强，基于定位参考信号的信标，定位参考信号结合CRS（小区参考信号）进行测量，多径下的TOA（到达时间）等。R14定位增强技术中，对定位至关重要的同步技术没有深入研究和标准化，定位性能评估仍然采用通信的方法，因此4G定位精度仍然没有得到明显的提高。智能化社会发展急需构建低成本、高精度的广域室内外定位服务系统。以超密集组网、超低时延、大规模阵列天线等技术为代表的5G通信技术为解决这一问题提供了新的基础，5G的R16标准更新了定位特性，在时间和角度上都特别加入了信号编码。因此，构建一种面向5G的异构融合高精度定位系统，一是需要充分利用5G的技术特点提高基础定位精度使其能够满足较大区域的高精度定位及覆盖需求，二是融合各种异构定位技术（如Wi-Fi，TBS地面定位系统、带内定位以及共频带定位等）。5G超密集组网为高精度室内定位提供了网络基础，但仍需解决每个射频单元的可分辨性问题。在诸多室内定位增强技术中，TDOA（信号到达时间差）和AOA（到达角度）是两种基础的无线定位技术，其它还有RSSI（基于信号强度识别）、TOA（基于到达时间）、FOA（基于到达频率）、CID（基于位置标识符）等定位技术。5G采用高频或者毫米波通信，毫米波通信具有非常好的方向性，可以实现更高精度的测距和测角；另外一方面，5G采用大规模天线技术，具有更高分辨率的波束，也可以实现更高精度的测距和测角特性。此外，由于5G采用了低时延、高精度同步等技术，对提升TDOA定位精度也有帮助。上行定位和下行定位是4G系统的两个基本定位方式，下行定位能够充分发挥出5G系统的大带宽、低时延、大规模天线阵列等特点。建立支持高精度时间同步网络、定位网元与基站共站，支持多种异构定位技术的融合，实现通信网和定位网的一体化网络架构，是5G定位技术的发展趋势。5G异构融合定位技术架构
目前，关于5G定位的研究大多局限于定位算法和理论，而具体的系统实现和规模化应用较少。一些研究分析和试验表明，5G定位可以实现亚米级的精度。《地学新视野》年文章
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