北斗“中國精度”厘米級挑戰(zhàn)GPS

近日，國內(nèi)導(dǎo)航企業(yè)合眾思壯近日宣布，首個(gè)國產(chǎn)星基增強(qiáng)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(diǎn)享受厘米級的高精度增強(qiáng)服務(wù)。

合眾思壯介紹說，“中國精度”是中國首家覆蓋全球運(yùn)營的星基增強(qiáng)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(bǔ)了我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的技術(shù)空白。
和之前北斗高精度手機(jī)面世的消息時(shí)所引發(fā)的大量關(guān)注一樣，“中國精度”也背負(fù)著滿滿的驕傲、自豪和強(qiáng)國夢，然而，厘米級的定位是如何實(shí)現(xiàn)的？它的現(xiàn)實(shí)意義又有哪些呢？

為什么我們興奮于“厘米定位”？

想回答這個(gè)問題，需要先對“中國精度”所基于的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理做個(gè)簡單介紹，而提到北斗，自然也就少不了拿導(dǎo)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(gè)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(diǎn)、時(shí)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(jì)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(gè)問題，因?yàn)樾l(wèi)星只會播報(bào)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(shí)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(jì)算出用戶的三維位置及時(shí)間。而計(jì)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(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，而原子鐘則是為了保證時(shí)間的精度。

因?yàn)樾l(wèi)星播報(bào)自己位置時(shí)，會附上信息發(fā)出的時(shí)間，終端設(shè)備在接收到信息后，再用當(dāng)前時(shí)間減去發(fā)送時(shí)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?yàn)樾枰艘怨馑伲罱K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(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)的空間段（計(jì)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(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)已采用了類GPS的無源定位技術(shù)。
而因?yàn)橛兄l(wèi)星數(shù)量上的優(yōu)勢，加上“有源接收”和“短報(bào)文傳訊”等GPS所不具備的功能，北斗導(dǎo)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(dǎo)航技術(shù)的原理，也就不難理解，厘米級定位其實(shí)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(shí)際價(jià)值也就越大。

厘米級定位是怎么實(shí)現(xiàn)的？

從技術(shù)上看，北斗系統(tǒng)之所以能實(shí)現(xiàn)從米級到厘米級的進(jìn)步，“地基增強(qiáng)網(wǎng)”這一系統(tǒng)起到了關(guān)鍵作用。

所謂“地基增強(qiáng)網(wǎng)”系統(tǒng)，是一套兼容北斗、GPS、GLONASS等導(dǎo)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(zhǔn)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(gè)什么概念？舉個(gè)例子來說，當(dāng)我們在看好萊塢大片時(shí)，看到那種飛機(jī)投射炮彈精準(zhǔn)射進(jìn)大樓中的某個(gè)房間里，甚至是工廠里的一個(gè)煙囪孔中，所依靠的就是厘米級甚至是更精準(zhǔn)的定位技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的。

而除了戰(zhàn)爭和國防領(lǐng)域之外，包括精細(xì)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(shí)際行走路線，對重點(diǎn)運(yùn)營車輛、工程車輛、大貨車、校車等進(jìn)行精確監(jiān)控，對非法超車等行為進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dāng)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(bào)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(shí)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(shí)現(xiàn)方式是依靠“地基增強(qiáng)網(wǎng)”來實(shí)現(xiàn)的，但是地面基準(zhǔn)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(shí)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(shí)間太晚，目前市占率只在1%左右，即便有著雙向通信的獨(dú)有技術(shù)優(yōu)勢以及較好的性價(jià)比，但想要彎道超車卻很難，因?yàn)榧夹g(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(jì)指出中國衛(wèi)星導(dǎo)航芯片市場高達(dá)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(dǎo)航芯片的能力已經(jīng)成為了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化的重大瓶頸之一，如果不解決這個(gè)問題，我國的導(dǎo)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(shí)現(xiàn)北斗加GPS導(dǎo)航逐漸替代美國GPS導(dǎo)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(shí)間還很短，遠(yuǎn)不比GPS的20多年時(shí)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(gè)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(shí)置歐洲盟國于不顧而強(qiáng)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(xiàng)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。（雷鋒網(wǎng)）

北斗技術(shù)在穩(wěn)步提高

什么時(shí)候可以民用啊