“科技自立自强是国家强盛之基、安全之要。”2020 年 7 月 31 日，北斗三号卫星导航系统完成全球组网，意味着时空信息重大基础设施已经完全掌握在自己的手里。两年过去，北斗系统的应用构建了一条成熟的产业链，同样，唯有自主创新，才能把科技命脉掌握在自己的手中。
日前，千寻位置“六脉神剑”六大底层技术系列浮出水面。今天我们聚焦千寻位置如何通过星地融合方案，将高精度定位服务可用率达到99.9%，实现“随时随地都好用”的。在千寻位置星地融合方案的技术保障下，手机、汽车、无人机、无人车等智能终端都能随时随地获取远超行业水平的高精度定位能力。
手机网络会掉线，计算机服务会宕机…对于智能终端而言，服务可用率是衡量它们好坏的一个重要基准。
可用率是指服务无故障运行的概率。在智能物联网时代，智能汽车、无人机等智能终端“标配”的高精度定位服务如果突然“掉线”，就会顿时没了方向感，在影响服务体验的同时，还会存在安全隐患。
为了解决高精度定位服务“不掉线”的问题，千寻位置研发团队基于星地一体融合方案及多链路系统架构，规避了单一技术和节点异常造成的服务不可用风险，助力众多IoT设备实现多链路瞬时厘米级定位及99.9%高可用率。
一、“随时随地都好用”，一个超纲技术难题
“高精度定位服务可用率能达到99.9%吗？”5年前，当千寻位置服务一家全球知名汽车零部件供应商时，遇到了一个“超纲”技术难题。
高精度定位服务最早被应用在测量测绘等行业，由于用户都是断断续续打点作业，对服务连续性的要求并不高。但智能汽车对高精度定位服务可用率提出了“随时随地都好用”的要求，这意味着服务可用率要无限接近于100%，依靠传统单一技术或解算链路，这一结果难以实现。
一般而言，高精度定位服务通过地基增强或星基增强技术方案来实现。
采用地基增强技术方案，千寻位置依托国家北斗地基增强系统“一张网”，可使RTK终端在全国基站覆盖区域，均能快速实现厘米级的信号收敛精度，有效保障各类终端“用得好”。但受限于地基增强站的运行状态和网络环境，一旦基站遭遇信号干扰、站点施工，或地震、滑坡等不可抗力因素，会导致基站覆盖区域内服务性能降低甚至不可用。
采用星基增强技术方案，千寻位置通过全球轨钟偏差估计技术，可有效规避对区域单体基站状态的依赖，解决“随时随地”的问题，但依赖于一定初始定位时间，尤其对于低成本设备终端，其定位的实时性面临着严峻的挑战。
“不仅要考虑服务能不能用，还要保障服务效果好，提升现有算法在各类极端大气或干扰场景下的定位服务性能”，千寻位置算法专家陈华炎说。
那么，是否可以融合两者的技术优势，开创一条新的技术路线和播发体系？千寻位置研发团队决定放手一试，一场关于“星地融合”的技术攻坚就此展开。
二、星地融合的大前提：全自研算法+大数据驱动
星地融合并不是简单的两种方案的叠加组合或者主备备份，关键在于如何更好地将两套独立的技术方案深度耦合起来，从“点、线、面”各个维度建立统一的算法语言体系，依托多年的服务及终端数据积累去验证各类复杂场景及环境下的定位性能和可用率。“就好比两个来自不同国家的人，他们相互了解依赖于同一种语言，且必须建立在大量背景知识基础上，从各个维度互相沟通，最终才有可能实现心灵相通。”千寻位置算法专家汪登辉说。
自2015年8月成立以来，千寻位置为确保核心技术自主可控，始终坚持自研算法，这使得千寻位置星基增强算法与地基增强算法天然拥有“共同语言”，算法的各个最小模块都能在同一套语系之下重新被排列组合，达到“1+1＞2”的效果。
有了沟通的基础，在技术侧，千寻位置从“点线面”三个维度实现星基地基算法优势的深度耦合。首先是单“点”突破，千寻位置算法团队依托全球统一的轨钟及卫星偏差数据，分离区域基准站侧的各项误差，建立严密的非差误差分离方案，计算出单站覆盖区域内的卫星误差、电离层误差、环境误差等。
其次是“线”上对齐，利用临近地基增强站之间的耦合关系和单站的误差溯源，实现区域的基准的自洽统一。
最后是全“面”突围，比如在搞定卫星定位的头号“扰乱者”电离层的过程中，千寻位置算法团队通过构建精密大气模型的多级多尺度建模方案，获得更精准的电离层建模结果，精准拿捏电离层误差，满足不同行业及不同播发条件下的用户对大气精度的需求，破除“面”上的最大干扰，同时避免单个地基增强站受到不可抗力因素影响造成的服务数据异常，自动校准误差纠偏值，提升服务可用率。
通过“点线面”的技术攻关，服务端算法产品得以升级到“最新版本”，明显提升用户体验。“通过星地融合，可以有效避免区域基准站干扰异常等因素对区域RTK客户的影响，也能进一步加速星基用户在区域站覆盖范围内实现瞬时厘米级定位”，千寻位置算法专家周培源说。
与此同时，千寻位置建设运营国家北斗地基增强系统“一张网”，并在全球部署建立上百个框架站，积累了多年的卫星观测数据、大气电离层监测数据以及丰富的精密卫星轨道和卫星钟差大数据。这些大数据一方面为算法调优提供了丰富的原材料，另一方面也为后期验证算法提供了充分的依据。
三、多链路系统架构 攻破单一故障风险
自研算法和大数据的积累，为星地融合技术提供了前提条件。而要实现99.9%高可用率，还需要对系统架构进行重新设计，实现“一切尽在掌握中”。通过溯源影响服务可用率的不同节点，千寻位置工程化团队设计了多中心多链路的服务系统架构，逐个击破服务链路中的单一故障对整体服务的影响。
在基准站层面，通过千寻位置自主研发的潜龙时空服务器，高度集成卫星接收机、光纤终端机、防火墙、后备电源等设备，解决网络不稳定、供电不连续、单点故障频发等问题。
在算法服务平台层面，通过建立多个中心计算节点，依托分布式架构及网络冗余性设计，不断积累在各种极端场景下的测试经验，反复进行自动化测试，保障了整个链路的高可用，即便是出现地域性的重大灾害，也可以实现系统的自动服务节点切换，保障服务运行不间断。双链路设计也大大提高服务可用率，通过互联网和卫星主备双链路播发，并基于服务端多数据节点一致性算法，实现无缝切换。
在终端算法上，实现了基于状态域SSR到零基准观测值域OSR的等价转换，攻克星基算法和地基算法终端侧的模糊度一致性处理及平滑切换技术，让手机、汽车等消费级终端的定位精度提升到动态厘米级，完全不输于上万元的专业测量设备。
目前，国际知名汽车厂商已采纳千寻位置包含自研终端在内的星地融合方案，并将在其下一代高端车型上实现量产。星地融合方案也应用到大众消费、无人电力巡检、无人精准农业等多个领域，手机、汽车、无人机、无人车等智能终端都能随时随地获取远超行业水平的高精度定位能力。
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