扫码订阅

基于準天顶卫星系统的「日本版GPS」开始走向实用化。日本计划2018年度之前发射四颗卫星,并全面投入运行。该系统的定位误差仅为数cm,为汽车及农业机械等的自动驾驶开闢了道路。

日本自主开发的定位卫星——準天顶卫星系统与美国运营的GPS(全球定位系统)组合使用后,定位精度比单独使用GPS时更高。这种系统被称为「日本版GPS」,该系统不仅可提供比塬来更为準确的位置资讯服务,还有望成为实现汽车及农业机械等自动驾驶的核心技术之一。 2010年9月,首颗準天顶卫星「引路号」发射升空,率先开始了由一颗卫星进行定位的试验性使用。日本政府打算在2018年之内启动24小时不间断的正式使用。目前已有软银移动、富士通等来自交通、农业、防灾及通信等多种行业约200家企业和团体加盟QBIC

今后,以海外推广及标準化等为宗旨的四个工作组,将致力于使用日本版GPS的服务及设备的实用化与普及工作。

●从「天顶」辅助GPS準天顶卫星是指,在与位于赤道上方的地球静止轨道有一定夹角的「準天顶轨道」上运行、一天中有几个小时停留在特定地区上空的人造卫星。从日本本土来看,该卫星系统中始终有一颗卫星停留在天顶附近,所以被命名为「準天顶」卫星系统。投影到地面上,该卫星系统的轨迹是亚洲和太平洋上的不对称的8字形,这也就是该卫星系统的覆盖区域。可将该系统的信号与由美国运营、围绕地球运行的约30颗GPS卫星的定位信号同时使用。 目前广泛使用的GPS的问题是,GPS卫星与地面的仰角为30~50度,因此,在很多情况下,其发出的定位信号会因高楼及大山等障碍物的遮挡而无法接收到。

要準确定位,必须同时从四颗以上的卫星接收定位信号。但在有的位置或某个时间段,只有很少的卫星可以利用,而且也常常会受到高层建筑的反射波影响,导致定位误差增大。

而準天顶卫星几乎位于地面使用者正上空的位置,因此卫星发送的定位信号不易被高层建筑及大山等阻挡。 日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)宣传部长寺田弘慈强调,「在日本任何地方都能轻鬆收到的『引路号』定位信号,可以补全GPS信号,在高楼大厦较多的城市及山区也能实现準确度较高的定位。」

●无人农业机械可以完成精密的农田作业

组合使用GPS和準天顶卫星的定位信号,可使定位误差减小至数cm左右。为了完全利用其出色的定位性能,日本业界已开始开发相关服务及使用方法。(编按:由日本卫星定位利用推进中心(SPAC)和叁菱电机等实施的LEX信号实验证实,可透过约3cm的精度捕捉到以20km时速行驶的汽车轨迹。)

利用GPS和引路号的定位信号,由无人驾驶的拖拉机及联合收割机完成耕地、播种和撒农药等作业。这样的实证试验已开始在北海道士别市和芽室町的农场实施。 士别市已于2013年5月成功使用无人农业机械耕作了约6.8公顷的大面积水田,计划9月份使用无人农业机械完成收穫作业。芽室町是使用无人农业机械在约一公顷大的农田中种植大豆,完成了从整地到播种的一整套作业。此外还在7月中旬开始了使用无人农业机械撒农药的试验。

北海道大学研究所农学研究院教授野口伸对上述试验充满信心,他表示,「透过使用GPS和準天顶卫星的定位信号,可以实现準确的田间作业所必需的稳定定位及高精度。无人农业机械也能安全地完成精密的作业」。该大学的目标是2015年在实用化方面取得眉目。

●误差还不到GPS的五分之一

城市地区也在进行这方面的实际验证。比如,已在高楼林立的东京新宿证实,组合使用引路号时的可定位时间和场所增加到了单独使用GPS时的约2.5倍。 而定位误差方面,也已证实使用个人用小型接收器时,误差为2m左右,可减小至单独使用GPS时的五分之一。而使用工业用大型接收器时,误差可降至数cm水準。

今后日本将陆续发射準天顶卫星,使其数量不断增加。2011年9月,日本政府内阁会议做出决定,在2020年之前再发射叁颗卫星,建成由四颗卫星组成的系统。

在这一决定下,「準天顶卫星被定位为国家建设的重要基础设施,成为日本宇宙政策中的优先项目」。具体计划为,在2017年3月之前发射2号卫星,2017年5月之前发射3号卫星,2017年7月之前发射4号卫星。从2018年度开始全面启用由四颗卫星构成的系统。 2012年度以后五年内,日本的人造卫星开发等预算为503亿日圆。叁菱电机已获得卫星製造订单,地面管制系统的构建和管理由NEC等出资的特殊目的公司「準天顶卫星系统服务公司」负责。发射四颗卫星是为了实现24小时不间断的定位。準天顶系统中,一颗卫星每天覆盖日本上空的时间只有约8小时。因此,要实现24小时不间断使用,轨道上最少要有叁颗卫星。

除了这叁颗卫星之外,还需要準备一颗发生故障时的备用卫星。因此,总共需要四颗卫星。「并计划在四颗卫星中设置一颗静止卫星」。

儘管时间尚未确定,但建构四星体制之后,日本还计划再增加叁颗卫星,使準天顶卫星达到七颗。这样的话,即便不与美国的GPS并用、只使用日本的準天顶卫星系统,也可实现高精度单独定位。

由于该系统的卫星轨道覆盖亚太地区,因此,日本政府还打算在海外推广使用该卫星的定位服务,并出口相关基础设施等。日本政府推算,在北海道大学等正在进行实证试验的IT(资讯技术)农业、便携终端及汽车等领域,在2020年,準天顶卫星在亚太地区可带来约4兆日圆的经济效应。

看好这一潜在市场的国家不仅是日本。俄罗斯、中国、欧盟(EU)及印度也开始构建自己的定位卫星,目的是让其他国家和地区使用自己的卫星,从而在该领域佔据霸主地位。因为卫星与军事力量密切相关,各国都下了大力气。

日本要在这种形势下获胜,不仅基础设施方面要在目标时间——2018年度之前建立起全面运行体制,还要普及使用日本版GPS的车载导航仪等设备,并开发出将卫星系统应用到自动驾驶等领域的技术。

日本要在以前依赖美国的定位系统领域,使自己开发的技术广泛渗透到亚太地区,需要政府与企业进行紧密合作。

发表评论
发表评论

网友评论仅供其表达个人看法,并不表明铁血立场。

全部评论
加载更多评论
更多精彩内容
热门推荐