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          北斗“中國精度”厘米級挑戰(zhàn)GPS

              近日,國內(nèi)導航企業(yè)合眾思壯近日宣布,首個國產(chǎn)星基增強服務(wù)系統(tǒng)“中國精度”正式提供服務(wù),并面向全球同步發(fā)布,借助“中國精度”。

              這意味著,中國北斗用戶在無需架設(shè)基站的情況下,可以在全球任一地點享受厘米級的高精度增強服務(wù)。
          合眾思壯介紹說,“中國精度”是中國首家覆蓋全球運營的星基增強服務(wù)系統(tǒng),該系統(tǒng)于2013年底提出建設(shè),具有全部自主知識產(chǎn)權(quán)和全部控制權(quán),不僅打破國際企業(yè)的技術(shù)壟斷和封鎖,保障國家地理空間信息的安全性和自主權(quán),還彌補了我國衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)的技術(shù)空白。

              和之前北斗高精度手機面世的消息時所引發(fā)的大量關(guān)注一樣,“中國精度”也背負著滿滿的驕傲、自豪和強國夢,然而,厘米級的定位是如何實現(xiàn)的?它的現(xiàn)實意義又有哪些呢?

              為什么我們興奮于“厘米定位”?

             想回答這個問題,需要先對“中國精度”所基于的北斗導航系統(tǒng)的定位原理做個簡單介紹,而提到北斗,自然也就少不了拿導航和定位技術(shù)的先驅(qū)GPS做比照。

              先來說說GPS的定位原理,GPS系統(tǒng)主要由三部分組成,分別是空間星座(21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆備用衛(wèi)星)、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及終端設(shè)備(GPS接收器)——24顆衛(wèi)星均勻分布在 6 個軌道平面上,然后通過將軌道面設(shè)定成特定角度,保證了全球任何地點、時間和接收器都能夠接收到4顆衛(wèi)星的信號。

              值得一提的是,GPS誕生之初即被設(shè)計成單向傳輸?shù)亩ㄎ幌到y(tǒng),即終端只接受而不對外發(fā)送信號,而這就牽扯到了一個問題,因為衛(wèi)星只會播報自己的位置,而GPS又只能接收衛(wèi)星數(shù)據(jù),那么用戶位置是如何在過程中被確定的?這時候就需要利用終端設(shè)備從從GPS衛(wèi)星收到信號并利用傳來的信息,去計算出用戶的三維位置及時間。而計算工作的主要仰仗,就是GPS芯片與原子鐘。

              GPS芯片的核心作用是讀懂衛(wèi)星發(fā)來的信息并進行相關(guān)運算,而原子鐘則是為了保證時間的精度。
          因為衛(wèi)星播報自己位置時,會附上信息發(fā)出的時間,終端設(shè)備在接收到信息后,再用當前時間減去發(fā)送時間后再乘以光速,最終得出終端與衛(wèi)星的距離。而即便是再微小的誤差,因為需要乘以光速,最終的結(jié)果亦都會差之千里,因此,原子鐘在定位系統(tǒng)就顯得極其重要。

              而北斗導航系統(tǒng)和GPS大致上相似,其是由分別對應(yīng)GPS三大組成部分的空間段、地面段和用戶段三部分組成。其中,北斗導航系統(tǒng)的空間段(計劃)由35 顆衛(wèi)星組成,其中包括 5 顆靜止軌道衛(wèi)星、27 顆中地球軌道衛(wèi)星和3 顆傾斜同步軌道衛(wèi)星,而之所以北斗比GPS多出了11顆衛(wèi)星,則是出于衛(wèi)星分布方式不同、工程周期以及滿足其“有源接收”功能等因素所致。

              這里需要明確的是,第一代北斗導航系統(tǒng)的定位原理屬于有源定位,可靠性較差,而現(xiàn)在的第二代北斗導航系統(tǒng)已采用了類GPS的無源定位技術(shù)。

              而因為有著衛(wèi)星數(shù)量上的優(yōu)勢,加上“有源接收”和“短報文傳訊”等GPS所不具備的功能,北斗導航系統(tǒng)在定位信號、精度以及易用性上都有一定的優(yōu)勢,這也是其能夠快速追趕GPS的主因。
          而解釋完了導航技術(shù)的原理,也就不難理解,厘米級定位其實就是定位精度上取得突破的體現(xiàn),而定位精度越高,其所能適用于的領(lǐng)域也就越廣,實際價值也就越大。

              厘米級定位是怎么實現(xiàn)的?

              從技術(shù)上看,北斗系統(tǒng)之所以能實現(xiàn)從米級到厘米級的進步,“地基增強網(wǎng)”這一系統(tǒng)起到了關(guān)鍵作用。
          所謂“地基增強網(wǎng)”系統(tǒng),是一套兼容北斗、GPS、GLONASS等導航定位系統(tǒng)的綜合性服務(wù)系統(tǒng),由一系列地面衛(wèi)星基準站組成,通過接收和處理移動通信、數(shù)字廣播、衛(wèi)星等播發(fā)手段及相應(yīng)接收終端來提高定位精度。

              而很多人可能無法理解厘米級定位是個什么概念?舉個例子來說,當我們在看好萊塢大片時,看到那種飛機投射炮彈精準射進大樓中的某個房間里,甚至是工廠里的一個煙囪孔中,所依靠的就是厘米級甚至是更精準的定位技術(shù)所實現(xiàn)的。

              而除了戰(zhàn)爭和國防領(lǐng)域之外,包括精細農(nóng)業(yè)、災(zāi)害監(jiān)測、土地水利、智能電網(wǎng)、移動通信等方面,厘米級定位技術(shù)也大有可為,比如智慧城市中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——交通,在有了厘米級技術(shù)之后,就能在地圖上完全顯示實際行走路線,對重點運營車輛、工程車輛、大貨車、校車等進行精確監(jiān)控,對非法超車等行為進行實時智能化監(jiān)管等等。

              再比如,將定位技術(shù)和信息與氣象、環(huán)保、城建等互聯(lián)起來之后,當某地的建筑物發(fā)生沉降或變形,北斗系統(tǒng)也能快速偵測到傳感器的偏移和變化,從而自動報警,類似的方案還可以應(yīng)用于醫(yī)療急救等領(lǐng)域。

              有了厘米級定位還不夠,北斗挑戰(zhàn)GPS還道阻且長

              然而,雖然北斗在實現(xiàn)了厘米級定位之后,于精度上與GPS已經(jīng)差距不大,但這并不意味著前者就有了挑戰(zhàn)后者的資本。首先,上文提到厘米級定位的主要實現(xiàn)方式是依靠“地基增強網(wǎng)”來實現(xiàn)的,但是地面基準站的選址和建設(shè)是有限制的,不可能多快,也不可能多普遍的覆蓋,而這么一來,北斗系統(tǒng)的精度相比GPS來說,實際中優(yōu)勢體現(xiàn)的也就有限了。

              而且,北斗系統(tǒng)的起步時間太晚,目前市占率只在1%左右,即便有著雙向通信的獨有技術(shù)優(yōu)勢以及較好的性價比,但想要彎道超車卻很難,因為技術(shù)上的落后是難以逾越的,比如上文提到的GPS芯片,早前就有統(tǒng)計指出中國衛(wèi)星導航芯片市場高達95%的已被美國GPS芯片占領(lǐng),而國內(nèi)大部分企業(yè)不具備研發(fā)此類多模導航芯片的能力已經(jīng)成為了北斗衛(wèi)星導航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化的重大瓶頸之一,如果不解決這個問題,我國的導航芯片產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)在低產(chǎn)品附加值狀態(tài)徘徊,實現(xiàn)北斗加GPS導航逐漸替代美國GPS導航的規(guī)劃也將步履艱難——而這就是后來者的無奈。

              不過反過來說,北斗系統(tǒng)起步至今時間還很短,遠不比GPS的20多年時間,而且相比較俄羅斯的Glonass和歐洲的Galileo來說,北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢還是不小的。更重要的是,它是我國自主控制的,也就是說在這個領(lǐng)域中,中國已經(jīng)無懼美國的壟斷——要知道,美國曾在海灣戰(zhàn)爭時置歐洲盟國于不顧而強行關(guān)閉對歐GPS服務(wù),而在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,如果失去了對定位系統(tǒng)的掌握,那么也就基本意味著是任人宰割。

              孫子曰:兵者,國之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也。
          這也就是為什么說,以“中國精度”為首的一系列工程與項目的建設(shè),既是企業(yè)需求,也是產(chǎn)業(yè)需求,更是國家需求的緣故。

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