“导”号定位卫星与日本版GPS竞争战略

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2012/05/21
准天顶卫星系统是指与多个GPS卫星组合在一起的位置信息系统。即使在此前GPS卫星发出的电波无法达到的楼宇间隙及山体背面，也能使用车载导航仪及配备GPS功能的手机获得高精度位置信息。

        该系统是日本文部科学省、总务省、经济产业省及国土交通省4部门联手推进的项目，由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）负责系统的维护及运行。

        2025年达到50～60万亿日元规模—— 这是欧洲委员会（EC）预测的卫星定位系统将会带来的全球市场规模。其中，包括车载导航仪和配备卫星定位系统功能的手机等，与卫星定位系统相关的产品和服务。

        如今，导航系统已成为我们生活中不可或缺的设备。有望进一步提高导航卫星定位系统的水平、促进市场扩大的卫星已登场。这就是2010年9月11日从日本鹿儿岛的种子岛宇宙中心用H-2A火箭发射升空的“导”号。

        作为卫星定位系统，日本一直采用美国的GPS，而“导”号被称为“日本版GPS”，是构成卫星定位系统“准天顶卫星系统”的要素之一。该系统以利用多个卫星为前提条件，“导”号是其的首颗卫星。
为了长时间看得见，采用“8字形轨道”
  准天顶卫星系统意为在日本的“几近天顶处可以看见卫星”的系统。而“导”号的特点是采用称为“8字形轨道”的独特轨道飞行，以能够在日本的几近正上方长时间看得见。

   要想利用定位卫星推断自己的所在地，至少需要4颗定位卫星（参照下文“利用卫星了解自己所处位置的方法”）。而且现在地球周围飞行着大约30颗GPS卫星，可以覆盖全世界。

        然而，日本与其他国家相比山地较多，而且高层楼群集中在面积较少的平地上，由于被山体和楼群阻挡，能够同时接收到4颗以上GPS卫星发出电波的几率很低。这导致定位精度低下，可提供卫星定位服务的场所及时间受到限制。

        于是，便有了“不能让一颗独自的定位卫星悬浮在日本的几近正上方吗？”的构思。

        如果能让哪怕1颗定位卫星一直位于日本的几近正上方，它发出的电波基本上能够被准确接收到，定位精度因而将会提高。在日本全国几乎所有地点24小时、高精度提供的卫星定位服务不再是梦想。即使在运行轨道上下足工夫，1颗卫星能够在日本正上方停留的时间也只有7～9个小时，因此，包括导号在内，预计准天顶卫星系统将由3颗卫星构成。


差之”0.01秒，“谬以”3000公里

        此次项目计划首先通过导号来检验准天顶卫星系统的有效性。然后根据检验结果再来决定2号机及3号机的发射。

■利用卫星了解自己所处位置的方法

        利用卫星了解自己所处位置的系统，是使用当时卫星所在的“位置”，以及与卫星之间的“距离”这2个数据。

        但是，从GPS卫星及“导”号传来的电波中只有卫星“位置”及“时刻”数据。因此，要将“卫星发出的电波到达接收器所需的时间”乘以“电波的速度”，以算出“距离”。

        顺便提一下，电波的速度与光速相同，为每秒30万公里。假使卫星的“时刻”仅仅错0.01秒，便会偏差0.01秒×30万公里＝3000公里的距离。为此，“导”号上配备了30万年误差不过1秒的“铷原子钟”。

        然而，仅仅算出与1颗卫星之间的距离，并不能确定自己的所在地。要想在3维空间中确定自己的所在地，最少需要3颗卫星。这是在土木工程中也会用到的测量要领。

        但是，内置在地上接收器中的时钟会有微小的偏差。于是，为了修正偏差、更准确地测定位置，目前从4颗以上的卫星接收电波的方式已成为主流。

误差为水平方向3厘米以下


        准天顶卫星系统不仅仅是对GPS进行完善，其中还配备了日本自主开发的系统。由此便能够提供以往GSP所不能提供的新型卫星定位服务。

        作为这方面的一个例子，有日本财团法人卫星定位利用推进中心（SPAC）开发的“亚米（Sub Meter）级定位加强系统”及“厘米级定位加强系统”。

        亚米级定位加强系统是一种能够将此前约为10米的GSP位置信息误差降低到1米以下的系统。而厘米级定位加强系统，则是一种在移动速度缓慢的接收器上可将位置信息误差降低到水平方向3厘米以下、垂直方向6厘米以下的系统。

        担任项目经理的日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宇宙利用任务本部的寺田弘慈表示：“借助这两个日本自主开发的系统，将能够提供符合日本人生活的更细致的服务。”
首先，位置信息的误差降低到1米以下后，车载导航仪的精度将会提高。

制造中的导号。重量约为4吨，设计寿命约为10年。
        例如，可以更精确的时间发出“请向右转弯”的提示。另外，由于能够准确掌握车辆目前正行驶在哪条车道上，因此，甚至能够指定行车线。其结果是，通过减少急转弯及急刹车，有助于防止事故、避免塞车，从而能够降低汽油消耗量及二氧化碳排放量。

        另外，登山时的高精度导航及对突发性暴雨的监测也将成为可能。

        另一方面，当位置信息的误差达到数厘米之后，有望实现“超精细农业”。

        这是指采用配备GSP功能的旋耕机，以无人方式进行插秧、播种、施肥施水。如果能以数厘米的误差确认旋耕机位置，那么就能只在播下的种子上施水施肥，从而有助于降低成本及减轻环境负荷。（好像太夸张了吧，犯得着吗？）

        另外，作为日本自主开发的系统，“精密单点定位（PPP）”也有望达到实用化。可以10厘米的误差精度对波浪高度以及水面变动进行定位，这将在海啸预报等方面发挥作用。

        此前，波位监测主要利用GPS卫星、漂浮在海上的浮标及设置在日本全国1240处的地上“电子基准点”这三者来接收电波，相互通讯，借此进行测定，但是有一个难点。当浮标与电子基准点相距20公里以上时，误差会增大，无法进行准确的预报。因此，只能将浮标设置在20公里以内。
事实上，卫星定位系统领域存在着围绕国际标准的各国间竞争。

        现在，如果在日本说到卫星定位系统，就是指美国的GPS，但在俄罗斯有一种名为“格洛纳斯”（Glonass）的同样系统。另外，欧盟、中国及印度也都在开发各自的卫星定位系统。不仅可用于军事领域，相关市场也有望实现增长，因此这方面的开发已成为国家及地区的重要战略之一。

导号的天线部分
        为了在标准化的竞争中生存下去，起步较晚的日本在“导”号上采用了一种“招数”。这就是，保持与已在日本普及的GPS之间的兼容性，同时又配备日本自主开发的尖端系统。

        “导”号能够发送6种定位信号。其中4种与GPS相同。而其余的2种是GPS上没有的日本自主开发的定位信号。利用这2种信号，可提供采用亚米级定位加强系统及精密单点定位的日本独有的服务，力争借此提高定位精度及可靠性。

        这样一来，日本版GPS“进军海外”也将提上日程。

        现阶段，准天顶卫星系统可提供服务的地区仅限于日本。然而事实上，该卫星可从北半球上空通过南半球上空，向包括日本在内的整个亚洲及大洋洲地区提供服务。

        尤其是GPS所不具备的精密单点定位，可以成为日本的“独门武器”。如果精密单点定位的应用范围扩大、相关设备畅销，就可能会成为起步较晚的日本展示影响力的契机吧。（《日经商务在线》特约撰稿人：山田久美）【日经能源环境网】


http://china.nikkeibp.com.cn/eco ... 9.html?limitstart=0
2012/05/21
准天顶卫星系统是指与多个GPS卫星组合在一起的位置信息系统。即使在此前GPS卫星发出的电波无法达到的楼宇间隙及山体背面，也能使用车载导航仪及配备GPS功能的手机获得高精度位置信息。

        该系统是日本文部科学省、总务省、经济产业省及国土交通省4部门联手推进的项目，由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）负责系统的维护及运行。

        2025年达到50～60万亿日元规模—— 这是欧洲委员会（EC）预测的卫星定位系统将会带来的全球市场规模。其中，包括车载导航仪和配备卫星定位系统功能的手机等，与卫星定位系统相关的产品和服务。

        如今，导航系统已成为我们生活中不可或缺的设备。有望进一步提高导航卫星定位系统的水平、促进市场扩大的卫星已登场。这就是2010年9月11日从日本鹿儿岛的种子岛宇宙中心用H-2A火箭发射升空的“导”号。

        作为卫星定位系统，日本一直采用美国的GPS，而“导”号被称为“日本版GPS”，是构成卫星定位系统“准天顶卫星系统”的要素之一。该系统以利用多个卫星为前提条件，“导”号是其的首颗卫星。
为了长时间看得见，采用“8字形轨道”
  准天顶卫星系统意为在日本的“几近天顶处可以看见卫星”的系统。而“导”号的特点是采用称为“8字形轨道”的独特轨道飞行，以能够在日本的几近正上方长时间看得见。

   要想利用定位卫星推断自己的所在地，至少需要4颗定位卫星（参照下文“利用卫星了解自己所处位置的方法”）。而且现在地球周围飞行着大约30颗GPS卫星，可以覆盖全世界。

        然而，日本与其他国家相比山地较多，而且高层楼群集中在面积较少的平地上，由于被山体和楼群阻挡，能够同时接收到4颗以上GPS卫星发出电波的几率很低。这导致定位精度低下，可提供卫星定位服务的场所及时间受到限制。

        于是，便有了“不能让一颗独自的定位卫星悬浮在日本的几近正上方吗？”的构思。

        如果能让哪怕1颗定位卫星一直位于日本的几近正上方，它发出的电波基本上能够被准确接收到，定位精度因而将会提高。在日本全国几乎所有地点24小时、高精度提供的卫星定位服务不再是梦想。即使在运行轨道上下足工夫，1颗卫星能够在日本正上方停留的时间也只有7～9个小时，因此，包括导号在内，预计准天顶卫星系统将由3颗卫星构成。


差之”0.01秒，“谬以”3000公里

        此次项目计划首先通过导号来检验准天顶卫星系统的有效性。然后根据检验结果再来决定2号机及3号机的发射。

■利用卫星了解自己所处位置的方法

        利用卫星了解自己所处位置的系统，是使用当时卫星所在的“位置”，以及与卫星之间的“距离”这2个数据。

        但是，从GPS卫星及“导”号传来的电波中只有卫星“位置”及“时刻”数据。因此，要将“卫星发出的电波到达接收器所需的时间”乘以“电波的速度”，以算出“距离”。

        顺便提一下，电波的速度与光速相同，为每秒30万公里。假使卫星的“时刻”仅仅错0.01秒，便会偏差0.01秒×30万公里＝3000公里的距离。为此，“导”号上配备了30万年误差不过1秒的“铷原子钟”。

        然而，仅仅算出与1颗卫星之间的距离，并不能确定自己的所在地。要想在3维空间中确定自己的所在地，最少需要3颗卫星。这是在土木工程中也会用到的测量要领。

        但是，内置在地上接收器中的时钟会有微小的偏差。于是，为了修正偏差、更准确地测定位置，目前从4颗以上的卫星接收电波的方式已成为主流。

误差为水平方向3厘米以下


        准天顶卫星系统不仅仅是对GPS进行完善，其中还配备了日本自主开发的系统。由此便能够提供以往GSP所不能提供的新型卫星定位服务。

        作为这方面的一个例子，有日本财团法人卫星定位利用推进中心（SPAC）开发的“亚米（Sub Meter）级定位加强系统”及“厘米级定位加强系统”。

        亚米级定位加强系统是一种能够将此前约为10米的GSP位置信息误差降低到1米以下的系统。而厘米级定位加强系统，则是一种在移动速度缓慢的接收器上可将位置信息误差降低到水平方向3厘米以下、垂直方向6厘米以下的系统。

        担任项目经理的日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宇宙利用任务本部的寺田弘慈表示：“借助这两个日本自主开发的系统，将能够提供符合日本人生活的更细致的服务。”
首先，位置信息的误差降低到1米以下后，车载导航仪的精度将会提高。

制造中的导号。重量约为4吨，设计寿命约为10年。
        例如，可以更精确的时间发出“请向右转弯”的提示。另外，由于能够准确掌握车辆目前正行驶在哪条车道上，因此，甚至能够指定行车线。其结果是，通过减少急转弯及急刹车，有助于防止事故、避免塞车，从而能够降低汽油消耗量及二氧化碳排放量。

        另外，登山时的高精度导航及对突发性暴雨的监测也将成为可能。

        另一方面，当位置信息的误差达到数厘米之后，有望实现“超精细农业”。

        这是指采用配备GSP功能的旋耕机，以无人方式进行插秧、播种、施肥施水。如果能以数厘米的误差确认旋耕机位置，那么就能只在播下的种子上施水施肥，从而有助于降低成本及减轻环境负荷。（好像太夸张了吧，犯得着吗？）

        另外，作为日本自主开发的系统，“精密单点定位（PPP）”也有望达到实用化。可以10厘米的误差精度对波浪高度以及水面变动进行定位，这将在海啸预报等方面发挥作用。

        此前，波位监测主要利用GPS卫星、漂浮在海上的浮标及设置在日本全国1240处的地上“电子基准点”这三者来接收电波，相互通讯，借此进行测定，但是有一个难点。当浮标与电子基准点相距20公里以上时，误差会增大，无法进行准确的预报。因此，只能将浮标设置在20公里以内。
事实上，卫星定位系统领域存在着围绕国际标准的各国间竞争。

        现在，如果在日本说到卫星定位系统，就是指美国的GPS，但在俄罗斯有一种名为“格洛纳斯”（Glonass）的同样系统。另外，欧盟、中国及印度也都在开发各自的卫星定位系统。不仅可用于军事领域，相关市场也有望实现增长，因此这方面的开发已成为国家及地区的重要战略之一。

导号的天线部分
        为了在标准化的竞争中生存下去，起步较晚的日本在“导”号上采用了一种“招数”。这就是，保持与已在日本普及的GPS之间的兼容性，同时又配备日本自主开发的尖端系统。

        “导”号能够发送6种定位信号。其中4种与GPS相同。而其余的2种是GPS上没有的日本自主开发的定位信号。利用这2种信号，可提供采用亚米级定位加强系统及精密单点定位的日本独有的服务，力争借此提高定位精度及可靠性。

        这样一来，日本版GPS“进军海外”也将提上日程。

        现阶段，准天顶卫星系统可提供服务的地区仅限于日本。然而事实上，该卫星可从北半球上空通过南半球上空，向包括日本在内的整个亚洲及大洋洲地区提供服务。

        尤其是GPS所不具备的精密单点定位，可以成为日本的“独门武器”。如果精密单点定位的应用范围扩大、相关设备畅销，就可能会成为起步较晚的日本展示影响力的契机吧。（《日经商务在线》特约撰稿人：山田久美）【日经能源环境网】