厘米级定位, 准天顶系统能顶多大一片天?

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本报驻日本记者 陈超

不久前,日本发射了可用于卫星导航定位的第四颗准天顶系统(QZSS)“引路者”4号卫星,其公布的厘米级定位精度引起了广泛关注。就准天顶卫星最新进展情况,科技日报记者采访了卫星定位专家、加拿大约克大学客座教授刘智星。

准天顶系统三大特点

刘智星首先介绍说,准天顶系统有3颗倾斜同步轨道的卫星在日本上空工作,8小时轮换交替,从而保证任何时刻都有一颗仰角较高的卫星在日本的“天顶”当班,这使得在大楼林立的城市中心以及山谷地带,这颗不会被遮挡的卫星可以“补充”GPS在恶劣环境下的定位能力。而4号卫星成功发射,将与以前发射的3颗卫星一起,构成可覆盖日本及周边的区域卫星导航定位辅助增强系统。现在准天顶属于试运行阶段,2018年将正式为日本及周边地区提供服务,2023年增加到7颗卫星,有可能扩展为不依赖GPS而独立运行的区域导航系统。

其次,定位精度增强。准天顶卫星提供两种GPS增强信号:L1S、L1Sb(2020年开始提供SBAS星基增强服务)可提供亚米级别的定位精度增强服务,使得日本境内用户定位精度从只依靠GPS时的10米提升到1米左右;另一种是厘米级增强信号L6,包括L6D和L6E,都可以进行精密单点定位。

最后,准天顶系统还能提供警告服务,包括地震海啸等灾害预警;当GPS卫星出现异常时,也可及时通知用户,避免错误定位。

定位精度可达6厘米

据日本媒体报道,在第一阶段包括3颗倾斜同步轨道卫星和1颗地球同步轨道卫星部署完成后,准天顶系统的定位精度可达到6厘米。这种数量级的差异是通过什么技术做到的?

刘智星解释说,准天顶卫星导航系统所能达到的厘米级别定位精度,是通过L6信号对GPS的增强来实现的。其所提供的精密单点定位是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术,也是全球导航卫星系统(GNSS)定位方面的前沿研究方向,但并非日本独有。在应用上,L6信号不与GPS信号兼容,接收需要专门的接收机和天线,可用于高精度测量、建设机械高精度施工以及IT精准农业等领域。由于天线和接收机比较大,无法和手机等移动终端相比,现阶段仅可用于测量仪器以及车载。

准天顶技术优势及争议

到2023年准天顶卫星数量达到7颗,就具备了脱离GPS系统独立工作的能力,成为日本的区域卫星导航系统。这个过程提供了一个测试和论证的在轨平台,将极大地推动日本在卫星导航领域的自主研发能力。但是在应用方面,有媒体指出,由于准天顶是区域系统,无法普及,可能会陷入独自进化怪圈。

刘智星说,准天顶系统并非面向全球,只有日本及周边可以使用的接收机无法保证市场规模。虽然自动驾驶领域是高精度定位的应用热点之一,但由于定位时间以及卫星信道传送的延迟等原因,现阶段还只能作为其他传感器的辅助来使用,日本的企业界反应也并不太热烈。不过,放眼将来,在实现自动驾驶的第四阶段,即完全由人工智能主导驾驶阶段,厘米级精度的绝对位置非常必要。假设到时L6对应高精度芯片量产价格能够达到1000日元以下,优于现在自动驾驶依赖的相对定位传感器如摄像头、LIDAR等价格,那么准天顶系统可能具有一定竞争力。

北斗是完整的全球卫星导航系统

刘智星最后说,中国的北斗卫星导航系统正在开启全球建设,同时也在进行增强系统的建设。在天基增强方面,日前,在国际民航组织导航系统专家组第四次会议上,北斗星基增强系统(BDSBAS)被正式授予SBAS系统供应商ID和系统时间ID,BDSBAS成为世界上第六个星基增强卫星导航系统,为航空应用提供亚米级服务。另外,合众思壮从2013年开始开发厘米级北斗星基增强系统。我们可以共同期待“中国精度”。

 

来源:科技日报  责任编辑:姬雯

(原标题:厘米级定位, 准天顶系统能顶多大一片天?)

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