北斗“中國(guó)精度”厘米級(jí)挑戰(zhàn)GPS

　　近日，國(guó)內(nèi)導(dǎo)航企業(yè)合眾思?jí)呀招迹讉€(gè)國(guó)產(chǎn)星基增強(qiáng)服務(wù)系統(tǒng)“中國(guó)精度”正式提供服務(wù)，并面向全球同步發(fā)布，借助“中國(guó)精度”。這意味著，中國(guó)北斗用戶在無(wú)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(jí)的高精度增強(qiáng)服務(wù)。

　　合眾思?jí)呀榻B說(shuō)，“中國(guó)精度”是中國(guó)首家覆蓋全球運(yùn)營(yíng)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(shí)產(chǎn)權(quán)和全部控制權(quán)，不僅打破國(guó)際企業(yè)的技術(shù)壟斷和封鎖，保障國(guó)家地理空間信息的安全性和自主權(quán)，還彌補(bǔ)了我國(guó)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(guó)精度”也背負(fù)著滿滿的驕傲、自豪和強(qiáng)國(guó)夢(mèng)，然而，厘米級(jí)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(wèn)題，需要先對(duì)“中國(guó)精度”所基于的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)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(dǎo)航和定位技術(shù)的先驅(qū)GPS做比照。

　　先來(lái)說(shuō)說(shuō)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(guò)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(hào)。

　　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(duì)外發(fā)送信號(hào)，而這就牽扯到了一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樾l(wèi)星只會(huì)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(guò)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(hào)并利用傳來(lái)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(lái)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(huì)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(huì)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(duì)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(wú)源定位技術(shù)。

　　而因?yàn)橛兄l(wèi)星數(shù)量上的優(yōu)勢(shì)，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(hào)、精度以及易用性上都有一定的優(yōu)勢(shì)，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(jí)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(jí)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(jí)到厘米級(jí)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(guò)接收和處理移動(dòng)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(lái)提高定位精度。

　　而很多人可能無(wú)法理解厘米級(jí)定位是個(gè)什么概念?舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們?cè)诳春萌R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(jí)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(zhēng)和國(guó)防領(lǐng)域之外，包括精細(xì)農(nóng)業(yè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、土地水利、智能電網(wǎng)、移動(dòng)通信等方面，厘米級(jí)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(jí)技術(shù)之后，就能在地圖上完全顯示實(shí)際行走路線，對(duì)重點(diǎn)運(yùn)營(yíng)車輛、工程車輛、大貨車、校車等進(jìn)行精確監(jiān)控，對(duì)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(lái)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(cè)到傳感器的偏移和變化，從而自動(dòng)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(jí)定位還不夠，北斗挑戰(zhàn)GPS還道阻且長(zhǎng)

　　然而，雖然北斗在實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)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(jí)定位的主要實(shí)現(xiàn)方式是依靠“地基增強(qiáng)網(wǎng)”來(lái)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(lái)，北斗系統(tǒng)的精度相比GPS來(lái)說(shuō)，實(shí)際中優(yōu)勢(shì)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(shì)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(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航芯片市場(chǎng)高達(dá)95%的已被美國(guó)GPS芯片占領(lǐng)，而國(guó)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(wèn)題，我國(guó)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(guó)GPS導(dǎo)航的規(guī)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(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(lái)說(shuō)，北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)還是不小的。更重要的是，它是我國(guó)自主控制的，也就是說(shuō)在這個(gè)領(lǐng)域中，中國(guó)已經(jīng)無(wú)懼美國(guó)的壟斷——要知道，美國(guó)曾在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)置歐洲盟國(guó)于不顧而強(qiáng)行關(guān)閉對(duì)歐GPS服務(wù)，而在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，如果失去了對(duì)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(guó)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(guó)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(guó)家需求的緣故。