日本GPS号称碾压其他导航系统?

来源:科普中国发布时间:2018-12-06

导航系统哪家强?

  近日,北斗系统完成了今年最后两颗卫星的发射,服务区域已经可以覆盖“一带一路”沿线及周边国家。 

  在这个喜悦的日子里,我们想说说十一月初的一条新闻:111号,日本宣布QZSS投入使用,号称碾压其他所有导航系统。 

  新闻原文如下: 

  据悉,承担日本版全球定位系统(GPS)任务的“引路”人造卫星111日起正式启用,可提供精度达10厘米以下的全球最高水平定位信息。使用日本版GPS,有望用于汽车自动驾驶和基础设施检修等,预计到2025年将创造近5万亿日元的新服务。 

  新闻发布后,可谓一石激起千层浪,大家都在互相询问QZSS是干啥的。毕竟新闻里看起来这个系统特!别!厉!害! 

  大家的焦灼和热情感受一下: 

 

(图片来源:作者微信截图) 

  毕竟,在导航领域我们从来都只知道四大卫星导航定位系统,它们宛如武林中万人敬仰的东邪西毒南帝北丐。现在,突然冒出来一个号称碾压其他GPS的日本版GPS,大家心中的讶异宛如见到了传说中的少林扫地僧一般。 

  那日本的导航系统真得这么厉害吗? 

  先上结论:日本的导航系统最近几年确实进展挺快,但是跟四大卫星导航系统依然不在一个层面。全球依然只有这四大卫星导航系统是全球覆盖的独立导航定位系统。可以理解为四大卫星导航系统是四个打井工人,它们分别打出了各具特色的四口井。而日本版GPS相当于是一个美化工人,它在井口修了个漂亮的井沿。 

  所以肯定不能说,日本人的打井技术已经全面超越了美国、中国、俄罗斯和欧盟。 

    

  我为什么会这么说?下面上证据 

  人生最重要的哲学三问是我是谁,我从何处来,往何处去。 

(图片来源:微博) 

    

  我们也按照这个逻辑来解释一下日本版GPS,日本版GPS到底是什么?它的建设历程是怎样?它到底有什么用? 

    

  一问:日本版GPS到底是什么? 

  日本版GPS,叫做“准天顶系统”,简称QZSS 

  一句话来说,这是一个GPS的补充和增强系统,需要与GPS进行紧耦合不能与GNSSGlobal Navigation Satellite System全球导航卫星系统)俱乐部中的四大VIP系统并列比较。 

  GPSGALILEOGLONASS和北斗系统,之所以能够被并称为四大卫星导航定位系统,是因为这四个卫星导航定位系统都是能够覆盖全球的,并且彼此之间相互独立。而 QZSS并不是这样的系统,它不能全球覆盖,而且它和GPS之间是深度耦合的。 

  1. “全球覆盖”是指在全球任何地方都能收到相应的卫星导航的信号,并且进行独立定位;而QZSS系统主要是覆盖日本国土和周边亚太范围,在其他地方都收不到QZSS系统的信号。 

  2. 现阶段的QZSS系统并不是一个独立定位的系统,它和GPS系统是紧密结合的。QZSS系统的定位就是能够增强和辅助GPS系统进行更好的定位。QZSS系统现阶段由1GEO3IGSO卫星组成。 

  简单地说,没有GPS,现阶段的QZSS就没法用 

  这点和北斗系统是完全比不了的,北斗系统建设伊始的基本原则就是独立,不依赖于所有的其他系统,能够实现独立的提供导航定位服务。北斗系统从北斗一号到北斗二号,从有源定位到无源定位;从北斗二号到北斗三号,从区域覆盖到全球覆盖,都坚持着独立自主的原则。 

(图片来源:网络,经过加工) 

    

  二问:日本版GPS建设历程是怎样? 

  日本并不是刚开始建设自己的卫星导航定位系统,QZSS系统从2002年开始建设,最近两年的建设速度非常快,当然这是因为他们站在了GPS的肩膀上。 

  那为什么北斗要建成一套独立的系统,不能建设成为GPS系统的增强备份系统呢?其实,卫星导航定位系统提供了非常精准的时空信息,在军用和关系国计民生的民用领域都有很广泛的应用,是一把守护国门的金钥匙,我们也经常说,自己家的这把金钥匙,当然要握在自己人的手中。 

    

  三问:日本版GPS有什么用? 

  QZSS的主要功能是增强GPS系统,那么他到底是怎么增强GPS系统的呢?这里的增强分为两大类,一类是信息增强,一类是信号增强 

  信息增强是指修正GPS的误差,提高定位精度。通过差分码相位定位提供亚米级增强服务SLAS,该系统在国内水平方向定位误差1.0m95%),垂直方向误差2.0 m95%);通过载波相位定位、PPP-RTK可以提供厘米级增强服务的CLAS,该系统在国内水平方向定位误差6.0cm95%),垂直方向误差12.0c m95%)。 

  用金庸先生的武侠来做比喻,信息增强相当于王语嫣姑娘在旁边观战,告诉你哪儿出的招式不对了,来提高你攻击的有效性,然而我们都知道,王姑娘不会武功,并不能加入你们的阵营和你们一起打别人。 

  信号增强指通过增加发射导航信号的卫星,增加可用的卫星数,提高导航定位的可用性。也就是说QZSS的卫星也发射导航定位信号,GPS补充服务,提高了定位可用性;GNSS增强服务,提高了定位精度和可靠性。 

  信号增强相当于本来是桃花仙一个人在跟敌人打架,过会儿桃根仙来了,两人一起打别人,再过会儿桃谷六仙都到齐了,大家一起打别人,这个攻击力的提升度那自然不言而喻。 

QZSS覆盖范围图(图片来源:ICG会议日本QZSS系统报告) 

 

  说完这些,针对大家的关切,我们再多说几句。 

  追问一:日本真的建了一套新的GPS系统吗? 

  没有,QZSS系统现阶段是GPS系统的增强系统,依赖GPS系统存在,就像是橡树与凌霄花、犀牛和犀牛鸟,白蚁和鞭毛虫一样,是不能独立定位存在的,当然也谈不上QZSS系统超越了GPS系统,毕竟不可同日而语;未来也很难发展成为全球覆盖的定位系统,不可能发展成第五大卫星导航定位系统。 

    

  追问二:日本版GPS精度能到10cm以下,我们呢? 

  其实所有离开条件只说精度都是耍流氓,北斗系统在增强精度的情况下也能做到米级、厘米级甚至是毫米级,然而这是有限定条件的,通过载波相位定位、PPP-RTK可以提供厘米级增强服务,而通过这种方式其他的系统也可以把精度提升到这么高。这并不是QZSS系统所特有的,这是由GNSS系统自身的特点所决定的,所有的GNSS系统都是一样的。 

    

  追问三:日本版GPS真的能够找到钥匙孔吗? 

  我理解这是一个对精度的比喻。你说要真的找到钥匙孔,sorry,先研究一下怎么把芯片、电池、天线都装在钥匙孔上好吗?哦对了,提醒一下,安装的时候记得要把钥匙孔上的天线伸出房顶不然被挡住了也没有信号的哦。 

    

  追问四:建成这套系统标志着日本即将抢先进入自动驾驶时代吗? 

  并不会,基于GNSS的导航定位系统确实能够为自动驾驶提供支撑技术,但是并不是自动驾驶中的核心制约因素,自动驾驶一个综合性的技术应用,除了GNSS技术,视觉技术、激光雷达技术、高精度地图技术都相当重要,事实上对于GNSS定位来讲,自动驾驶对于完好性和可靠性需求远高于精度,并不需要GNSS定位精度达到厘米级才能实现自动驾驶,二者之间没有任何的必然联系。 

    

  追问五:我国也有类似于QZSS的增强系统吗? 

  当然,我国有地基增强系统,天基增强系统也正在建设中,比如在同一天,也是111号,北斗系统发射了一颗GEO卫星,也就是第41颗北斗导航卫星,这颗卫星就提供星基增强服务(SBAS),将按照国际民航标准,提供高精度导航服务。当然这里的增强系统主要指天基信息增强系统,毕竟北斗系统就是可以独立发射信号的定位系统,不需要对GPS做信号增强,但是北斗和GPS的信号也是可以兼容互操作的,也就是说用户可以既接收北斗的信号也接收GPS的信号进行联合导航定位。 

    

  作为我们一衣带水的邻国,QZSS做的不错,尤其是近两年发展很快,比如星基信息增强技术,我们也应该学习他们的优点,但他的定位和发展战略与北斗系统并不相同,并不能说超越GPS和北斗系统。 

  同时,北斗系统今天发射的两颗卫星,标志着北斗已经建成北斗三号的基本系统,可以覆盖一带一路地区2020年左右,北斗系统将覆盖全球,同时还会带来高精度服务、搜救服务、大容量短报文服务等一系列特色新服务,还请大家继续关注哦~ 

  笔芯(。・ω・。)ノ♡ 

    

  (文中图片已注明来源,侵删) 

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