室内外无缝 PNT（定位导航授时）技术方案与应用 —— 基于陆基伪卫星

室外环境下，北斗等天基 GNSS 系统能够提供成熟可靠的定位、导航、授时（PNT）服务。但当终端进入隧道、厂房、地下车库等封闭或半封闭空间时，卫星信号受墙体、山体遮挡快速衰减甚至完全消失，形成定位断点，无法持续提供 PNT 服务。陆基伪卫星技术是解决该难题的有效技术路线，通过在信号盲区布设伪卫星基站，构建本地化 GNSS 信号源，实现天基卫星与陆基伪卫星信号联合解算，达成室内外无缝 PNT。

一、陆基伪卫星实现无缝 PNT 核心原理

陆基伪卫星，也被称为室内陆基卫星，核心思路是在遮挡区域部署基站，发射与北斗兼容的导航测距信号与导航电文。普通 GNSS 接收机可将伪卫星识别为地面“卫星”，混合接收室外天基北斗信号与室内伪卫星信号统一解算，终端在室内外移动过程中无需切换定位模式，持续输出位置、速度、时间信息。

想要稳定实现无缝 PNT，系统需要满足三大基础条件：

1. 基站纳秒级时间同步：所有伪卫星基站统一溯源至北斗时 / UTC，基站之间时间同步精度优于 10ns，保障伪距测量精度，一般通过驯服铷钟、光纤同步组网实现时间统一。

2. 基站坐标精密标定：提前采用测绘手段获取每台伪卫星基站的大地三维坐标，将基站位置信息写入导航电文，替代传统卫星的轨道星历。

3. GNSS 兼容信号体制：伪卫星发射标准 BDS B1/B2 等导航信号，包含载波、PRN 测距码、导航电文；手机、车载模组、GNSS 接收机等现有终端可直接捕获跟踪，无需硬件改造。

接收机混合接收天基北斗卫星信号与陆基伪卫星信号，统一测量伪距。伪距为光速乘以信号传播时间，观测到 4 个及以上有效信号源（天上卫星或地面伪卫星），即可求解接收机三维坐标以及接收机钟差。

室外场景：以北斗卫星信号为主，伪卫星作为信号增强；室内外过渡区域：天基信号逐步减弱、伪卫星信号逐步增强，联合解算保证位置平滑无跳变；全封闭室内：依靠伪卫星基站独立完成 PNT 解算。

对连续位置做差分运算得到速度信息，结合电子地图实现连续导航；同时终端持续校准本地时钟，保障授时连续性，完整实现定位、导航、授时一体化服务。

工程难点：室内环境存在多路径反射、远近效应（近基站信号压制远端基站信号），可通过功率自适应控制、天线优化、算法补偿等方式抑制。

二、系统组成与工作流程

1. 部署层：完成伪卫星基站点位布设、基站大地坐标标定，搭建基站时间同步组网；

2. 信号发射层：伪卫星基站生成北斗兼容导航信号并向外广播；

3. 终端解算层：GNSS 接收机捕获、跟踪多路信号，输出伪距观测值；

4. 解算与应用层：混合观测数据联合解算，持续输出 PNT 信息给上层业务系统。

三、系统工作模式

1. 卫星补充模式（无缝 PNT 主推模式）：伪卫星作为北斗卫星信号的补充，天基 + 陆基信号联合解算，实现室内外平滑切换，是室内外无缝 PNT 场景最常用方案。

2. 卫星增强模式：在城市峡谷、厂区边缘等卫星几何构型较差区域，增强导航信号，提升定位精度与可靠性；终端进入室内后平滑过渡至伪卫星定位。

3. 备份模式（独立拒止 PNT）：不依赖天基卫星，多用于对抗场景，一般不作为民用无缝 PNT 方案。

四、典型应用场景

1. 公路隧道、地下道路车路协同：车辆从露天道路驶入隧道，车载 GNSS 终端无需改造，定位连续不中断，支撑隧道自动驾驶、车辆监控与应急救援。

2. 智慧工地、大型厂区（露天 + 厂房一体化）：工程机械、巡检人员在露天场区与封闭厂房之间移动，复用手机、车载 GNSS 终端，实现人员安全管控、设备调度、边坡与基坑形变监测。

3. 交通枢纽（航站楼、高铁站、地下车库）：旅客可依靠手机实现室外到室内连续导航，用于室内找车位、商铺导航、客流统计，无需佩戴专用定位标签。

4. 智能制造与大型物流园区：AGV、叉车、巡检机器人在露天堆场与车间、仓库之间转运物料，实现跨区域连续自主导航，并为车间各类设备提供统一授时。

五、方案优势

1. 终端兼容性强：复用现有 GNSS 硬件，无需佩戴专用定位标签，降低项目改造与后期运维成本；

2. 定位平滑过渡：底层统一联合解算，不存在定位模式切换带来的位置跳变；

3. 一体化 PNT 能力：一套系统同时提供定位、导航、授时服务；

4. 部署灵活：可根据遮挡区域大小按需布设伪卫星基站。

六、技术局限

1. 属于局域覆盖方案，大面积场景下需要部署较多伪卫星基站；

2. 室内环境存在多路径干扰、远近效应，需要针对性工程优化设计；

3. 墙体遮挡会衰减伪卫星信号，室内外过渡区域需要合理规划基站布局。

七、总结

基于陆基伪卫星的无缝 PNT 方案，通过在遮挡区域部署北斗兼容的陆基信号源，实现天基 GNSS 与陆基伪卫星混合解算，打通室外到室内的定位断点。该方案可直接兼容现有 GNSS 终端，能够在隧道、大型厂区、交通枢纽等场景落地，是实现室内外一体化 PNT 的重要技术路线。

西安同步电子科技有限公司长期深耕时间同步、授时与 PNT 相关技术领域，持续推进陆基伪卫星技术的工程化研究与行业落地，为各行业用户提供稳定可靠的室内外一体化 PNT 解决方案。