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日本科技 ：GPS誤差僅幾厘米 日本加速全自動駕駛落地

2018-11-26 09:47:21·  來源：日中資本市場  
　
引導是日本獨自發(fā)射的準天頂衛(wèi)星的名稱，目前已經(jīng)發(fā)射了4顆。這4顆衛(wèi)星一直停留在日本的上空，使得GPS信號不僅能夠覆蓋到地形復雜的山區(qū)，同時也能輻射到高樓大
“引導”是日本獨自發(fā)射的準天頂衛(wèi)星的名稱，目前已經(jīng)發(fā)射了4顆。這4顆衛(wèi)星一直停留在日本的上空，使得GPS信號不僅能夠覆蓋到地形復雜的山區(qū)，同時也能輻射到高樓大廈林立的狹窄空間，使得GPS信號實現(xiàn)24小時垂直全覆蓋。
 
11月1日，對于日本來說，是一個值得紀念的日子，因為這一天，日本版全球定位系統(tǒng)（GPS）正式啟用。安倍首相親自出席啟用儀式，并說了一句很重要的話：我們的生活已經(jīng)離不開GPS定位系統(tǒng)，“引導”衛(wèi)星揭開了歷史新的一頁。
 
“引導”是日本獨自發(fā)射的準天頂衛(wèi)星的名稱，目前已經(jīng)發(fā)射了4顆。這4顆衛(wèi)星一直停留在日本的上空，使得GPS信號不僅能夠覆蓋到地形復雜的山區(qū)，同時也能輻射到高樓大廈林立的狹窄空間，使得GPS信號實現(xiàn)24小時垂直全覆蓋。
日本版GPS系統(tǒng)既是美國主導的GPS系統(tǒng)的補充，又是日本獨自的準天頂軌道GPS系統(tǒng)，如果使用專門的信號接收器的話，定位誤差從目前的10米，大幅縮小到幾厘米，成為世界最高水準的定位系統(tǒng)。
 
為了開發(fā)日本版GPS系統(tǒng)，日本政府迄今為止已經(jīng)投入了2800億日元（約175億元人民幣）。但是，日本政府1日宣布，你只要擁有了信號接收器，那么，信號接收與使用將是免費的。
 
為什么日本政府在這幾年會投入如此巨大的財力來打造日本獨自的GPS定位系統(tǒng)？理由很簡單，是為了迎接全自動駕駛時代的到來。
 
推進這一項目的背景是其有望創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)，特別是有望用于自動駕駛領域。在自動駕駛方面，如果定位誤差為數(shù)厘米，就可以在雙車道和三車道的道路判斷在哪條車道上行駛。日本目前已發(fā)射的引路號衛(wèi)星共4枚，到2030年時將增加至7枚，到時就能獨立運行而不需依賴美國GPS衛(wèi)星，進一步提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展獨立性。
 
日本的豐田、本田、日產(chǎn)等汽車制造商已經(jīng)完成了全自動駕駛汽車及其人工智能系統(tǒng)的打造，全自動駕駛汽車也已經(jīng)開始投入商業(yè)運營。目前，全自動駕駛出租車已經(jīng)在東京和橫濱等城市上街載客。日本政府有一個很大的計劃，就是要在2020年的東京奧運會上，選手村與比賽場地的所有來往車輛，均使用全自動駕駛汽車。同時也能夠保證在東京，至少有5000輛全自動駕駛出租車行駛。
東京街頭運營中的全自動駕駛出租車
在群馬縣地方小城投入實驗性使用的全自動駕駛巴士
日本內(nèi)閣府稱，如果日本版GPS定位系統(tǒng)的誤差能夠達到幾厘米的話，日本的全自動駕駛可以進入到“四級”的水準，而“四級”水準在國際上被認為是“完全自動化”水準。
在日本版GPS定位系統(tǒng)啟用的當天，三菱電機公司開始出售定位誤差在6厘米以內(nèi)的高精度信號接收器。目前的價格雖然高達一百萬日元（6萬元人民幣），但是，車載GPS定位儀的最終價格，將會降到數(shù)萬日元（數(shù)千元人民幣）。
日本衛(wèi)星測位利用推進中心預測，到2025年，僅在日本國內(nèi)，將會催生2萬4000億日元（約1500億元人民幣）的“GPS市場”，單車載定位系統(tǒng)服務市場的規(guī)模就會達到4000億日元（約250億元人民幣）。而日本版GPS定位系統(tǒng)也將覆蓋東南亞和澳大利亞、新西蘭地區(qū)，在這些地區(qū)的經(jīng)濟效益也會達到2萬3000億日元（約1437億元人民幣）。
雖然美國開發(fā)了GPS定位系統(tǒng)、歐洲也開發(fā)了“伽利略”定位系統(tǒng)，中國也獨自構(gòu)建“北斗” 定位系統(tǒng)，但是美國GPS和中國“北斗”的民用定位誤差依然在10米左右，而日本版的GPS 系統(tǒng)的定位誤差已經(jīng)縮小到了6厘米以內(nèi)，成為世界最高精度的定位系統(tǒng)。同時，且日本的全自動駕駛汽車、農(nóng)機的制造技術(shù)也是引領世界，AI系統(tǒng)開發(fā)與使用也走在世界前列，因此，日本政府預估，日本將會成為世界上第一個跨入全自動駕駛時代的國家。
那日本的導航系統(tǒng)真得這么厲害嗎？
 
先上結(jié)論：日本的導航系統(tǒng)最近幾年確實進展挺快，但是跟四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)依然不在一個層面。全球依然只有這四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)是全球覆蓋的獨立導航定位系統(tǒng)。
 
所以肯定不能說，日本技術(shù)已經(jīng)全面超越了美國、中國、俄羅斯和歐盟。
 
我們來解釋一下日本版GPS，日本版GPS到底是什么？它的建設歷程是怎樣？它到底有什么用？
 
一問：日本版GPS到底是什么？
 
日本版GPS，叫做“準天頂系統(tǒng)”，簡稱QZSS。
 
一句話來說，這是一個GPS的補充和增強系統(tǒng)，需要與GPS進行緊耦合，不能與GNSS（Global Navigation Satellite System全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）俱樂部中的四大VIP系統(tǒng)并列比較。
 
GPS、GALILEO、GLONASS和北斗系統(tǒng)，之所以能夠被并稱為四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，是因為這四個衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)都是能夠覆蓋全球的，并且彼此之間相互獨立。而 QZSS并不是這樣的系統(tǒng)，它不能全球覆蓋，而且它和GPS之間是深度耦合的。
 
1. “全球覆蓋”是指在全球任何地方都能收到相應的衛(wèi)星導航的信號，并且進行獨立定位；而QZSS系統(tǒng)主要是覆蓋日本國土和周邊亞太范圍，在其他地方都收不到QZSS系統(tǒng)的信號。
 
2. QZSS系統(tǒng)并不是一個獨立定位的系統(tǒng)，它和GPS系統(tǒng)是緊密結(jié)合的。QZSS系統(tǒng)的定位就是能夠增強和輔助GPS系統(tǒng)進行更好的定位。QZSS系統(tǒng)現(xiàn)階段由1顆GEO和3顆IGSO衛(wèi)星組成。地面站由2個主控制站、7個衛(wèi)星控制站和30多個監(jiān)測站組成。
 
簡單地說，沒有GPS，QZSS就沒法用。這點和北斗系統(tǒng)是完全比不了的，北斗系統(tǒng)建設伊始的基本原則就是獨立，不依賴于所有的其他系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)獨立的提供導航定位服務。北斗系統(tǒng)從北斗一號到北斗二號，從有源定位到無源定位；從北斗二號到北斗三號，從區(qū)域覆蓋到全球覆蓋，都堅持著獨立自主的原則。北斗系統(tǒng)從北斗一號到北斗二號，從有源定位到無源定位；從北斗二號到北斗三號，從區(qū)域覆蓋到全球覆蓋，都堅持著獨立自主的原則。北斗系統(tǒng)從北斗一號到北斗二號，從有源定位到無源定位；從北斗二號到北斗三號，從區(qū)域覆蓋到全球覆蓋，都堅持著獨立自主的原則。北斗系統(tǒng)從北斗一號到北斗二號，從有源定位到無源定位；從北斗二號到北斗三號，從區(qū)域覆蓋到全球覆蓋，都堅持著獨立自主的原則。
 
二問：日本版GPS建設歷程是怎樣？
日本并不是剛開始建設自己的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，QZSS系統(tǒng)從2002年開始建設，最近兩年的建設速度非?？?，當然這是因為他們站在了GPS的肩膀上。
那為什么北斗要建成一套獨立的系統(tǒng)，不能建設成為GPS系統(tǒng)的增強備份系統(tǒng)呢？其實，衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)提供了非常精準的時空信息，在軍用和關(guān)系國計民生的民用領域都有很廣泛的應用，是一把守護國門的金鑰匙，我們也經(jīng)常說，自己家的這把金鑰匙，當然要握在自己人的手中。

三問：日本版GPS有什么用?
QZSS的主要功能是增強GPS系統(tǒng)，那么他到底是怎么增強GPS系統(tǒng)的呢？這里的增強分為兩大類，一類是信息增強，一類是信號增強。
信息增強是指修正GPS的誤差，提高定位精度。通過差分碼相位定位提供亞米級增強服務SLAS，該系統(tǒng)在國內(nèi)水平方向定位誤差1.0m（95%），垂直方向誤差2.0 m（95%）；通過載波相位定位、PPP-RTK可以提供厘米級增強服務的CLAS，該系統(tǒng)在國內(nèi)水平方向定位誤差6.0cm（95%），垂直方向誤差12.0c m（95%）。

用金庸先生的武俠來做比喻，信息增強相當于王語嫣姑娘在旁邊觀戰(zhàn)，告訴你哪兒出的招式不對了，來提高你攻擊的有效性，然而我們都知道，王姑娘不會武功，并不能加入你們的陣營和你們一起打別人。

信號增強指通過增加發(fā)射導航信號的衛(wèi)星，增加可用的衛(wèi)星數(shù)，提高導航定位的可用性。也就是說QZSS的衛(wèi)星也發(fā)射導航定位信號，GPS補充服務，提高了定位可用性；GNSS增強服務，提高了定位精度和可靠性。
信號增強相當于本來是桃花仙一個人在跟敵人打架，過會兒桃根仙來了，兩人一起打別人，再過會兒桃谷六仙都到齊了，大家一起打別人，這個攻擊力的提升度那自然不言而喻。
QZSS覆蓋范圍圖

說完這些，針對大家的關(guān)切，我們再多說幾句。

追問一：日本真的建了一套新的GPS系統(tǒng)嗎？
沒有，QZSS系統(tǒng)是GPS系統(tǒng)的增強系統(tǒng)，依賴GPS系統(tǒng)存在，就像是橡樹與凌霄花、犀牛和犀牛鳥，白蟻和鞭毛蟲一樣，是不能獨立定位存在的，當然也談不上QZSS系統(tǒng)超越了GPS系統(tǒng)，畢竟不可同日而語。

追問二：日本人版GPS精度能到10cm以下，我們呢？
其實我們早就說過，離開條件只說精度都是耍流氓，北斗系統(tǒng)在增強精度的情況下也能做到米級、厘米級甚至是毫米級，然而這是有限定條件的，通過載波相位定位、PPP-RTK可以提供厘米級增強服務，而通過這種方式其他的系統(tǒng)也可以把精度提升到這么高。這并不是QZSS系統(tǒng)所特有的，這是由GNSS系統(tǒng)自身的特點所決定的，所有的GNSS系統(tǒng)都是一樣的。

追問三：日本版GPS真的能夠找到鑰匙孔嗎？
我理解這是一個對精度的比喻。你說要真的找到鑰匙孔，sorry，先研究一下怎么把芯片、電池、天線都裝在鑰匙孔上好嗎？哦對了，提醒一下，安裝的時候記得要把鑰匙孔上的天線伸出房頂不然被擋住了也沒有信號的哦。

追問四：建成這套系統(tǒng)標志著日本即將搶先進入自動駕駛時代嗎？
并不會，基于GNSS的導航定位系統(tǒng)確實能夠為自動駕駛提供支撐技術(shù)，但是并不是自動駕駛中的核心制約因素，自動駕駛一個綜合性的技術(shù)應用，除了GNSS技術(shù)，視覺技術(shù)、激光雷達技術(shù)、高精度地圖技術(shù)都相當重要，事實上對于GNSS定位來講，自動駕駛對于完好性和可靠性需求遠高于精度，并不需要GNSS定位精度達到厘米級才能實現(xiàn)自動駕駛，二者之間沒有任何的必然聯(lián)系。

追問五：我國也有類似于QZSS的增強系統(tǒng)嗎？
當然，我國有地基增強系統(tǒng)，天基增強系統(tǒng)也正在建設中，比如在同一天，也是11月1號，北斗系統(tǒng)發(fā)射了一顆GEO衛(wèi)星，也就是第41顆北斗導航衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星就提供星基增強服務（SBAS），將按照國際民航標準，提供高精度導航服務。當然這里的增強系統(tǒng)主要指天基信息增強系統(tǒng)，畢竟北斗系統(tǒng)就是可以獨立發(fā)射信號的定位系統(tǒng)，不需要對GPS做信號增強，但是北斗和GPS的信號也是可以兼容互操作的，也就是說用戶可以既接收北斗的信號也接收GPS的信號進行聯(lián)合導航定位。

作為我們一衣帶水的鄰國，QZSS做的不錯，尤其是近兩年發(fā)展很快，比如星基信息增強技術(shù)，我們也應該學習他們的優(yōu)點，但他的定位和發(fā)展戰(zhàn)略與北斗系統(tǒng)并不相同，并不能說超越GPS和北斗系統(tǒng)。

同時，北斗系統(tǒng)已經(jīng)建成基本系統(tǒng)，可以覆蓋一帶一路地區(qū)，將在2020年左右覆蓋全球，同時還會實現(xiàn)星基增強，提供高精度服務。 
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