《日本經(jīng)濟(jì)新聞》19日分析指出，雖然日本在定位精度上勇冠全球，但正在推動(dòng)相關(guān)軍事應(yīng)用的中國(guó)和印度，卻在已投入實(shí)用的數(shù)量上領(lǐng)先。事實(shí)證明，圍繞全球定位系統(tǒng)（GPS）基礎(chǔ)設(shè)施的競(jìng)賽已白熱化。
日本內(nèi)閣府宇宙開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略推進(jìn)事務(wù)局局長(zhǎng)高田修三對(duì)“引路”4號(hào)的精度充滿信心，現(xiàn)行的GPS會(huì)產(chǎn)生10米誤差，而“引路”4號(hào)可將誤差縮小到6厘米。相較于尚未擺脫“米級(jí)誤差”的其他國(guó)家，日本在精度上已大幅提升。
隨后還有日系媒體貼出一張對(duì)比圖表：
對(duì)這些新聞，衛(wèi)網(wǎng)君要說(shuō)
對(duì)這個(gè)“勇冠全球”的精度優(yōu)勢(shì)，熟悉北斗技術(shù)的人都知道怎么回事。然而“不明覺(jué)厲”的網(wǎng)友會(huì)覺(jué)得
在下面回復(fù)的朋友精神可嘉，可惜答案也錯(cuò)了，并不是軍用和民用的區(qū)別...
因此大周末的，衛(wèi)網(wǎng)君請(qǐng)出野生航天評(píng)論員“空天松鼠”，為大家講講：
日本的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)是怎么回事？
為什么能達(dá)到“勇冠全球”的定位精度？
這樣的精度很難實(shí)現(xiàn)嗎？
日本人是否掌握了領(lǐng)先全球的技術(shù)？
日本導(dǎo)航系統(tǒng)將來(lái)會(huì)獨(dú)立嗎？
GPS的信號(hào)倍增器，
日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)
作者 | 空天松鼠
10月10日，日本使用H-IIA火箭將第四顆準(zhǔn)天頂衛(wèi)星發(fā)射入軌，宣告準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)的正式建成。
準(zhǔn)天頂系統(tǒng)得名于衛(wèi)星獨(dú)特的軌道設(shè)計(jì)，不過(guò)普通人對(duì)這種變種傾斜同步軌道并沒(méi)有多大興趣，反而是一則新聞聚焦了人們的目光：準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)的導(dǎo)航精度高達(dá)6厘米！相比于北斗甚至GPS系統(tǒng)，準(zhǔn)天頂系統(tǒng)的導(dǎo)航精度實(shí)在太高了，日本的“工匠精神”真的有這么神奇么？
準(zhǔn)天頂衛(wèi)星“引路”2號(hào)發(fā)射時(shí)，日媒發(fā)布的對(duì)比圖表
準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)精度異乎尋常的高，不免令人懷疑，這是不是日本人吹牛呢？根據(jù)日本媒體以及日本宇宙航空研發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的介紹，準(zhǔn)天頂系統(tǒng)能達(dá)到厘米級(jí)精度，要說(shuō)吹牛，也是日本本土“官吹”。這就令人奇怪了，要說(shuō)中國(guó)或俄羅斯技術(shù)不如日本倒也勉強(qiáng)說(shuō)得過(guò)去；但西方世界歐、美、日三強(qiáng)中，日本做衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)既不是最早的也不是技術(shù)最雄厚的，當(dāng)然更說(shuō)不上投資最多的，日本何德何能，用那么少的錢(qián)就做出導(dǎo)航精度碾壓美國(guó)GPS和歐洲伽利略的導(dǎo)航衛(wèi)星呢，這也太離譜了吧！
其實(shí)，如果我們對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的歷史和發(fā)展多做了解的話，日本做到這一點(diǎn)不是什么問(wèn)題，也根本不需要使出“工匠精神”大招。
我們先從祖師爺，GPS說(shuō)起。
美國(guó)的GPS系統(tǒng)開(kāi)創(chuàng)了衛(wèi)星導(dǎo)航大規(guī)模軍用和民用推廣的時(shí)代，GPS早期不僅分軍碼和民碼，而且對(duì)民碼特意使用了降低精度的技術(shù)，即選擇可用性（SA）技術(shù)，這樣一來(lái)民碼定位精度就降低到百米級(jí)。即使如此GPS這種方便快捷、高精度的定位手段，還是廣受全球市場(chǎng)歡迎。各國(guó)針對(duì)SA技術(shù)的歧視和限制，紛紛發(fā)展出差分GPS定位和載波相位測(cè)量等精度增強(qiáng)技術(shù)。例如，駕?？荚嚂r(shí)判斷學(xué)員是否壓線，使用的就是差分GPS定位技術(shù)（當(dāng)然在國(guó)內(nèi)，這一領(lǐng)域已越來(lái)越多地使用了基于北斗的技術(shù)），它輕松實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)定位精度。
差分GPS雖然定位精度高，但也存在弊端，一是地面上要建立大量差分站，二是如果地表障礙物多，可能導(dǎo)致差分信號(hào)接受效果差。那么有沒(méi)有什么辦法更好地增強(qiáng)GPS的信號(hào)精度呢？
有。差分信號(hào)上天不就行了？這就是天基廣域信號(hào)增強(qiáng)的概念，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。美國(guó)、歐洲、日本和印度都有專(zhuān)用或兼職的天基GPS信號(hào)增強(qiáng)系統(tǒng)，準(zhǔn)天頂就是日本專(zhuān)門(mén)研制的天基廣域差分GPS信號(hào)增強(qiáng)系統(tǒng)。
自2000年起美國(guó)空軍就暫停了對(duì)GPS民碼信號(hào)的SA干擾，GPS民碼信號(hào)精度提高到約10米，使用差分GPS技術(shù)后，GPS精度最高更可達(dá)到厘米級(jí)。借助天基廣域差分系統(tǒng)的增強(qiáng)信號(hào)，定位精度比只接收原生GPS信號(hào)高是天經(jīng)地義的，美國(guó)的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）使用6顆靜止軌道衛(wèi)星兼職發(fā)送增強(qiáng)差分信號(hào)，把GPS定位精度提高到1米級(jí)。歐洲的EGNOS系統(tǒng)和日本的MTSAT系統(tǒng)也是靜止軌道衛(wèi)星兼職，也都達(dá)到了米級(jí)精度。即使是印度的靜止軌道GPS增強(qiáng)系統(tǒng)（GAGAN），使用三顆靜止軌道通信衛(wèi)星兼職發(fā)射增強(qiáng)信號(hào)，也可以在水平方向上實(shí)現(xiàn)1.5米、垂直方向上實(shí)現(xiàn)2.5米的精度。日本準(zhǔn)天頂系統(tǒng)比上述兼職系統(tǒng)晚了5到10年，而且是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的廣域增強(qiáng)衛(wèi)星（全職啊?。軐?shí)現(xiàn)6厘米的精度是理所當(dāng)然，并不是“匠人精神”的奇跡。
各星基導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的覆蓋范圍
事實(shí)上，所謂厘米級(jí)精度早就是舊聞了，早在2011年1月第一顆準(zhǔn)天頂衛(wèi)星“指路”號(hào)剛開(kāi)始發(fā)送增強(qiáng)信號(hào)的時(shí)候，日本《日經(jīng)新聞》就報(bào)道過(guò)，使用準(zhǔn)天頂?shù)牟罘中盘?hào)后，在20公里/時(shí)速度行駛的汽車(chē)上，一個(gè)GPS定位儀穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)了水平3厘米的定位精度，而沒(méi)有準(zhǔn)天頂衛(wèi)星的增強(qiáng)信號(hào)，定位儀只能達(dá)到約10米的定位精度。（編者注：所以我們說(shuō)開(kāi)頭那位熱心網(wǎng)友的解釋也錯(cuò)，日本準(zhǔn)天頂系統(tǒng)的民用精度也能夠達(dá)到厘米級(jí)）
這么一說(shuō)，大家應(yīng)該可以恍然大悟了。
原來(lái)日本的準(zhǔn)天頂系統(tǒng)只是GPS的增強(qiáng)系統(tǒng)，通俗的說(shuō)就是包在GPS系統(tǒng)外面的殼子，原來(lái)不是GPS能力弱，而是準(zhǔn)天頂狐假虎威啊。
當(dāng)然，這么說(shuō)的話也有些冤枉準(zhǔn)天頂系統(tǒng)了，日本對(duì)準(zhǔn)天頂系統(tǒng)還是下了很多心血的，其技術(shù)上頗有可圈可點(diǎn)之處。
美國(guó)的WAAS系統(tǒng)發(fā)送民用L1碼增強(qiáng)信號(hào)，而新的衛(wèi)星將具備發(fā)送L1和L5碼增強(qiáng)的能力，但要和準(zhǔn)天頂比就差多了。所有的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星都發(fā)送L1C、L1C/A、L2C、L1S（即L1-完整功能亞米級(jí)增強(qiáng)）、L5S（L5碼增強(qiáng)信號(hào)）、L6a和L6b（原來(lái)的LEX，一種高精度L波段增強(qiáng)信號(hào)），準(zhǔn)天頂系統(tǒng)發(fā)送的L2C是自GPS IIR-M衛(wèi)星開(kāi)始發(fā)送的新信號(hào)，而L5是自GPS IIF衛(wèi)星開(kāi)始發(fā)送的新信號(hào)。值得一提的是，預(yù)計(jì)2018年發(fā)射的GPS IIIA衛(wèi)星才能發(fā)送L1C信號(hào)，而日本早在2010年發(fā)射的準(zhǔn)天頂“指路”號(hào)衛(wèi)星就已經(jīng)開(kāi)始發(fā)送L1C信號(hào)了，新增加的民用L1C信號(hào)提高了精度和兼容性，日本的準(zhǔn)天頂可以說(shuō)是GPS III系統(tǒng)新民碼信號(hào)的開(kāi)路先鋒。另外，L1S和L6b是準(zhǔn)天頂系統(tǒng)獨(dú)有的信號(hào)，準(zhǔn)天頂?shù)睦迕准?jí)精度，主要靠的就是基于天基差分增強(qiáng)的L1S信號(hào)。簡(jiǎn)而言之，準(zhǔn)天頂系統(tǒng)是目前發(fā)送信號(hào)類(lèi)型最多的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它在技術(shù)上相當(dāng)出色，能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度也不是偶然的。
顯然，日本政府并不滿足于狐假虎威的“加殼操作”。準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)現(xiàn)有的4顆衛(wèi)星已經(jīng)可以滿足天基廣域差分增強(qiáng)的需求，為日本本土及其周邊地區(qū)提供高精度的導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)。而根據(jù)日本官方的發(fā)展計(jì)劃，到2023年左右日本還將繼續(xù)發(fā)射另外3顆準(zhǔn)天頂衛(wèi)星，將準(zhǔn)天頂星座的衛(wèi)星數(shù)量增加到7顆，這樣一來(lái)準(zhǔn)天頂將具備脫離GPS系統(tǒng)獨(dú)立工作的能力，或者通俗地說(shuō)，到時(shí)候準(zhǔn)天頂就能成為日本的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)了。
不過(guò)遺憾的是，如果脫離GPS獨(dú)立工作，準(zhǔn)天頂系統(tǒng)沒(méi)法保證搜星數(shù)量，雖然技術(shù)不錯(cuò)、信號(hào)類(lèi)型多，但精度就要大打折扣，肯定是沒(méi)法繼續(xù)吹“水平3厘米/垂直6厘米的精度”的牛了。然而，日本準(zhǔn)天頂系統(tǒng)脫離美國(guó)GPS系統(tǒng)獨(dú)立工作，本來(lái)就是概率極小的“萬(wàn)一”，美日兵戎相見(jiàn)哪有那么容易發(fā)生，何必非要獨(dú)立？未來(lái)準(zhǔn)天頂部署7顆衛(wèi)星后，日本和周邊地區(qū)將獲得精度更高、穩(wěn)定性更好的高精度定位服務(wù)。
所以，網(wǎng)友們，我們已經(jīng)先給乃們打好預(yù)防針了，屆時(shí)看到日本公布更高導(dǎo)航精度，請(qǐng)保持情緒穩(wěn)定。
我國(guó)的北斗是全球唯一“全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)俱樂(lè)部”四名成員之一，預(yù)計(jì)2020年前后實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，同時(shí)地面增強(qiáng)及星基增強(qiáng)系統(tǒng)都在積極發(fā)展中，讓我們共同期待未來(lái)的“中國(guó)精度”。
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