北斗“中國精度”厘米級挑戰GPS

　　近日，國內導航企業(yè)合眾思壯近日宣布，首個(gè)國產(chǎn)星基增強服務(wù)系統“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(zhù)，中國北斗用戶(hù)在無(wú)需架設基站的情況下，可以在全球任一地點(diǎn)享受厘米級的高精度增強服務(wù)。

　　合眾思壯介紹說(shuō)，“中國精度”是中國首家覆蓋全球運營(yíng)的星基增強服務(wù)系統，該系統于2013年底提出建設，具有全部自主知識產(chǎn)權和全部控制權，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，還彌補了我國衛星導航產(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(shí)所引發(fā)的大量關(guān)注一樣，“中國精度”也背負著(zhù)滿(mǎn)滿(mǎn)的驕傲、自豪和強國夢(mèng)，然而，厘米級的定位是如何實(shí)現的?它的現實(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(wèn)題，需要先對“中國精度”所基于的北斗導航系統的定位原理做個(gè)簡(jiǎn)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GPS做比照。

　　先來(lái)說(shuō)說(shuō)GPS的定位原理，GPS系統主要由三部分組成，分別是空間星座(21 顆工作衛星和 3 顆備用衛星)、地面監控系統以及終端設備(GPS接收器)——24顆衛星均勻分布在 6 個(gè)軌道平面上，然后通過(guò)將軌道面設定成特定角度，保證了全球任何地點(diǎn)、時(shí)間和接收器都能夠接收到4顆衛星的信號。

　　值得一提的是，GPS誕生之初即被設計成單向傳輸的定位系統，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(wèn)題，因為衛星只會(huì )播報自己的位置，而GPS又只能接收衛星數據，那么用戶(hù)位置是如何在過(guò)程中被確定的?這時(shí)候就需要利用終端設備從從GPS衛星收到信號并利用傳來(lái)的信息，去計算出用戶(hù)的三維位置及時(shí)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星發(fā)來(lái)的信息并進(jìn)行相關(guān)運算，而原子鐘則是為了保證時(shí)間的精度。

　　因為衛星播報自己位置時(shí)，會(huì )附上信息發(fā)出的時(shí)間，終端設備在接收到信息后，再用當前時(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，最終的結果亦都會(huì )差之千里，因此，原子鐘在定位系統就顯得極其重要。

　　而北斗導航系統和GPS大致上相似，其是由分別對應GPS三大組成部分的空間段、地面段和用戶(hù)段三部分組成。其中，北斗導航系統的空間段(計劃)由35 顆衛星組成，其中包括 5 顆靜止軌道衛星、27 顆中地球軌道衛星和3 顆傾斜同步軌道衛星，而之所以北斗比GPS多出了11顆衛星，則是出于衛星分布方式不同、工程周期以及滿(mǎn)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的定位原理屬于有源定位，可靠性較差，而現在的第二代北斗導航系統已采用了類(lèi)GPS的無(wú)源定位技術(shù)。

　　而因為有著(zhù)衛星數量上的優(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(shí)就是定位精度上取得突破的體現，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)現的?

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

　　所謂“地基增強網(wǎng)”系統，是一套兼容北斗、GPS、GLONASS等導航定位系統的綜合性服務(wù)系統，由一系列地面衛星基準站組成，通過(guò)接收和處理移動(dòng)通信、數字廣播、衛星等播發(fā)手段及相應接收終端來(lái)提高定位精度。

　　而很多人可能無(wú)法理解厘米級定位是個(gè)什么概念?舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，當我們在看好萊塢大片時(shí)，看到那種飛機投射炮彈精準射進(jìn)大樓中的某個(gè)房間里，甚至是工廠(chǎng)里的一個(gè)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(shí)現的。

　　而除了戰爭和國防領(lǐng)域之外，包括精細農業(yè)、災害監測、土地水利、智能電網(wǎng)、移動(dòng)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——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(xiàn)，對重點(diǎn)運營(yíng)車(chē)輛、工程車(chē)輛、大貨車(chē)、校車(chē)等進(jìn)行精確監控，對非法超車(chē)等行為進(jìn)行實(shí)時(shí)智能化監管等等。

　　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(lái)之后，當某地的建筑物發(fā)生沉降或變形，北斗系統也能快速偵測到傳感器的偏移和變化，從而自動(dòng)報警，類(lèi)似的方案還可以應用于醫療急救等領(lǐng)域。

　　有了厘米級定位還不夠，北斗挑戰GPS還道阻且長(cháng)

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

　　而且，北斗系統的起步時(shí)間太晚，目前市占率只在1%左右，即便有著(zhù)雙向通信的獨有技術(shù)優(yōu)勢以及較好的性?xún)r(jià)比，但想要彎道超車(chē)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，早前就有統計指出中國衛星導航芯片市場(chǎng)高達95%的已被美國GPS芯片占領(lǐng)，而國內大部分企業(yè)不具備研發(fā)此類(lèi)多模導航芯片的能力已經(jīng)成為了北斗衛星導航應用產(chǎn)業(yè)化的重大瓶頸之一，如果不解決這個(gè)問(wèn)題，我國的導航芯片產(chǎn)業(yè)將繼續在低產(chǎn)品附加值狀態(tài)徘徊，實(shí)現北斗加GPS導航逐漸替代美國GPS導航的規劃也將步履艱難——而這就是后來(lái)者的無(wú)奈。

　　不過(guò)反過(guò)來(lái)說(shuō)，北斗系統起步至今時(shí)間還很短，遠不比GPS的20多年時(shí)間，而且相比較俄羅斯的Glonass和歐洲的Galileo來(lái)說(shuō)，北斗系統的優(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(shuō)在這個(gè)領(lǐng)域中，中國已經(jīng)無(wú)懼美國的壟斷——要知道，美國曾在海灣戰爭時(shí)置歐洲盟國于不顧而強行關(guān)閉對歐GPS服務(wù)，而在現代戰爭中，如果失去了對定位系統的掌握，那么也就基本意味著(zhù)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(shuō)，以“中國精度”為首的一系列工程與項目的建設，既是企業(yè)需求，也是產(chǎn)業(yè)需求，更是國家需求的緣故。