北斗「中國精度」厘米級挑戰GPS

北斗「中國精度」厘米級挑戰GPS
2015-06-19 11:55 原創 金楠 12條評論
近日，國內導航企業合眾思壯近日宣佈，首個國產星基增強服務系統「中國精度」正式提供服務，並面向全球同步發佈，借助「中國精度」。

這意味著，中國北斗用戶在無需架設基站的情況下，可以在全球任一地點享受厘米級的高精度增強服務。
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系統，該系統於2013年底提出建設，具有全部自主知識產權和全部控制權，不僅打破國際企業的技術壟斷和封鎖，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業的技術空白。

和之前北斗高精度手機面世的消息時所引發的大量關注一樣，「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的？它的現實意義又有哪些呢？

為什麼我們興奮於「厘米定位」？

想回答這個問題，需要先對「中國精度」所基於的北斗導航系統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的先驅GPS做比照。

先來說說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顆衛星均勻分佈在 6 個軌道平面上，然後通過將軌道面設定成特定角度，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送信號，而這就牽扯到了一個問題，因為衛星只會播報自己的位置，而GPS又只能接收衛星數據，那麼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備從從GPS衛星收到信號並利用傳來的信息，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星發來的信息並進行相關運算，而原子鐘則是為了保證時間的精度。
因為衛星播報自己位置時，會附上信息發出的時間，終端設備在接收到信息後，再用當前時間減去發送時間後再乘以光速，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，則是出於衛星分佈方式不同、工程週期以及滿足其「有源接收」功能等因素所致。



這裡需要明確的是，第一代北斗導航系統的定位原理屬於有源定位，可靠性較差，而現在的第二代北斗導航系統已採用了類GPS的無源定位技術。

而因為有著衛星數量上的優勢，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勢，這也是其能夠快速追趕GPS的主因。
而解釋完了導航技術的原理，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，而定位精度越高，其所能適用於的領域也就越廣，實際價值也就越大。

厘米級定位是怎麼實現的？

從技術上看，北斗系統之所以能實現從米級到厘米級的進步，「地基增強網」這一系統起到了關鍵作用。
所謂「地基增強網」系統，是一套兼容北斗、GPS、GLONASS等導航定位系統的綜合性服務系統，由一系列地面衛星基準站組成，通過接收和處理移動通信、數字廣播、衛星等播發手段及相應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麼概念？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裡，甚至是工廠裡的一個煙囪孔中，所依靠的就是厘米級甚至是更精準的定位技術所實現的。

而除了戰爭和國防領域之外，包括精細農業、災害監測、土地水利、智能電網、移動通信等方面，厘米級定位技術也大有可為，比如智慧城市中的關鍵環節——交通，在有了厘米級技術之後，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、校車等進行精確監控，對非法超車等行為進行實時智能化監管等等。

再比如，將定位技術和信息與氣象、環保、城建等互聯起來之後，當某地的建築物發生沉降或變形，北斗系統也能快速偵測到傳感器的偏移和變化，從而自動報警，類似的方案還可以應用於醫療急救等領域。

有了厘米級定位還不夠，北斗挑戰GPS還道阻且長

然而，雖然北斗在實現了厘米級定位之後，於精度上與GPS已經差距不大，但這並不意味著前者就有了挑戰後者的資本。首先，上文提到厘米級定位的主要實現方式是依靠「地基增強網」來實現的，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，而這麼一來，北斗系統的精度相比GPS來說，實際中優勢體現的也就有限了。

而且，北斗系統的起步時間太晚，目前市占率只在1%左右，即便有著雙向通信的獨有技術優勢以及較好的性價比，但想要彎道超車卻很難，因為技術上的落後是難以逾越的，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高達95%的已被美國GPS芯片佔領，而國內大部分企業不具備研發此類多模導航芯片的能力已經成為了北斗衛星導航應用產業化的重大瓶頸之一，如果不解決這個問題，我國的導航芯片產業將繼續在低產品附加值狀態徘徊，實現北斗加GPS導航逐漸替代美國GPS導航的規劃也將步履艱難——而這就是後來者的無奈。

不過反過來說，北斗系統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，北斗系統的優勢還是不小的。更重要的是，它是我國自主控制的，也就是說在這個領域中，中國已經無懼美國的壟斷——要知道，美國曾在海灣戰爭時置歐洲盟國於不顧而強行關閉對歐GPS服務，而在現代戰爭中，如果失去了對定位系統的掌握，那麼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。
這也就是為什麼說，以「中國精度」為首的一系列工程與項目的建設，既是企業需求，也是產業需求，更是國家需求的緣故。