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多源融合的北斗定位在极端环境下的性能分析1

多源融合的北斗定位在极端环境下的性能分析

摘要

本研究报告系统分析了多源融合的北斗定位系统在极端环境下的性能表现，旨在为

我国北斗导航系统的应用拓展提供理论支撑和实践指导。报告首先阐述了北斗导航系

统的发展现状及其在极端环境下面临的挑战，随后深入探讨了多源融合定位技术的理

论基础与技术路线。通过构建完整的性能评估体系，本研究设计了科学的实验方案，对

北斗系统与惯性导航、视觉导航、蜂窝网络等多种信息源的融合效果进行了量化分析。

研究结果表明，多源融合技术能够显著提升北斗系统在城市峡谷、森林覆盖、电磁干扰

等极端环境下的定位精度与可靠性，定位误差可降低40%60%，可用性提升至95%以

上。报告还详细分析了技术实施过程中可能面临的风险，并提出了相应的保障措施。本

研究的成果将为北斗系统在自动驾驶、应急救援、智慧城市等关键领域的应用提供重要

参考，对推动我国自主导航技术的创新发展具有重要意义。

引言与背景

1.1北斗导航系统发展历程

北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中国自主建设运

行的全球卫星导航系统，是继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导

航系统。北斗系统的发展经历了三代演进：北斗一号系统（2000年）为中国用户提供定

位服务；北斗二号系统（2012年）覆盖亚太地区；北斗三号系统（2020年）完成全球

组网，为全球用户提供服务。根据《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》数据显

示，截至2022年，北斗系统已在全球200多个国家和地区得到应用，服务用户超过10

亿，国内卫星导航与位置服务产业总体产值达到4690亿元人民币。北斗系统在交通运

输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信系统、电力调度和公共安全等领域发挥着重

要作用，已成为国家重要的空间基础设施。

1.2极端环境定位面临的挑战

在实际应用中，北斗系统在极端环境下面临着严峻挑战。城市峡谷环境中，高楼大

厦导致卫星信号被遮挡或反射，产生严重的多路径效应，定位误差可达数十米甚至上

百米；森林覆盖区域，茂密的树冠会衰减卫星信号，导致接收机难以捕获足够数量的卫

星；电磁干扰环境下，如高压线附近或军事对抗场景，卫星信号可能被压制或欺骗；地

下空间或室内环境，卫星信号完全无法穿透。这些极端环境严重制约了北斗系统的应用

范围和可靠性。据国家遥感中心统计，在城市核心区域，北斗系统独立定位的可用性仅

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为65%75%，远低于开阔区域的98%以上。因此，研究如何提升北斗系统在极端环境

下的性能已成为亟待解决的关键问题。

1.3多源融合技术的意义

多源融合定位技术通过整合北斗系统与其他导航信息源（如惯性导航系统INS、视

觉导航、蜂窝网络、WiFi、蓝牙等），能够有效弥补单一导航系统的不足，提升整体定

位性能。这种技术具有以下重要意义：一是提高定位精度和可靠性，通过信息冗余和互

补，减少单一系统误差的影响；二是增强环境适应性，不同环境下可以选择最优的信息

源组合；三是提升系统鲁棒性，当某类信息源失效时，其他信息源仍可提供基本定位服

务；四是降低成本，通过优化组合，可以使用较低成本的传感器实现高性能定位。国际

电信联盟（ITU）的研究表明，多源融合定位系统在复杂环境下的性能可比单一系统提

升50%以上。因此，开展多源融合的北斗定位研究，对拓展北斗应用领域、提升国家

空间基础设施效能具有重要战略意义。

1.4研究范围与目标

本研究聚焦于北斗系统在极端环境下的性能提升问题，重点研究多源融合技术的

实现方案与效果评估。研究范围包括：城市峡谷、森林覆盖、电磁干扰和室内过渡等典

型极端环境；融合信息源包括惯性导航、视觉导航、蜂窝网络和地面无线网络等；评估

指标涵盖定位精度、可用性、连续性和完好性等方面。研究目标包括：建立极端环境下

北斗定位性能的量化评估模型；设计高效的多源融合算法架构；构建完整的性能测试验

证体系；提出针对不同应用场景的最优融合方案。通过本研究，期望能够为北斗系统在

自动驾驶、智慧城市、应急救援等关键领域的应用提供技术支撑，推动我国导航定位产

业的创新发展。

研究概述

2.1研究背景与动因