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日本科技 ：GPS误差仅几厘米 日本加速全自动驾驶落地
2018-11-26 09:47:21· 来源：日中资本市场
引导是日本独自发射的准天顶卫星的名称，目前已经发射了4颗。这4颗卫星一直停留在日本的上空，使得GPS信号不仅能够覆盖到地形复杂的山区，同时也能辐射到高楼大
“引导”是日本独自发射的准天顶卫星的名称，目前已经发射了4颗。这4颗卫星一直停留在日本的上空，使得GPS信号不仅能够覆盖到地形复杂的山区，同时也能辐射到高楼大厦林立的狭窄空间，使得GPS信号实现24小时垂直全覆盖。
11月1日，对于日本来说，是一个值得纪念的日子，因为这一天，日本版全球定位系统（GPS）正式启用。安倍首相亲自出席启用仪式，并说了一句很重要的话：我们的生活已经离不开GPS定位系统，“引导”卫星揭开了历史新的一页。
“引导”是日本独自发射的准天顶卫星的名称，目前已经发射了4颗。这4颗卫星一直停留在日本的上空，使得GPS信号不仅能够覆盖到地形复杂的山区，同时也能辐射到高楼大厦林立的狭窄空间，使得GPS信号实现24小时垂直全覆盖。
日本版GPS系统既是美国主导的GPS系统的补充，又是日本独自的准天顶轨道GPS系统，如果使用专门的信号接收器的话，定位误差从目前的10米，大幅缩小到几厘米，成为世界最高水准的定位系统。
为了开发日本版GPS系统，日本政府迄今为止已经投入了2800亿日元（约175亿元人民币）。但是，日本政府1日宣布，你只要拥有了信号接收器，那么，信号接收与使用将是免费的。
为什么日本政府在这几年会投入如此巨大的财力来打造日本独自的GPS定位系统？理由很简单，是为了迎接全自动驾驶时代的到来。
推进这一项目的背景是其有望创造新产业，特别是有望用于自动驾驶领域。在自动驾驶方面，如果定位误差为数厘米，就可以在双车道和三车道的道路判断在哪条车道上行驶。日本目前已发射的引路号卫星共4枚，到2030年时将增加至7枚，到时就能独立运行而不需依赖美国GPS卫星，进一步提高产业发展独立性。
日本的丰田、本田、日产等汽车制造商已经完成了全自动驾驶汽车及其人工智能系统的打造，全自动驾驶汽车也已经开始投入商业运营。目前，全自动驾驶出租车已经在东京和横滨等城市上街载客。日本政府有一个很大的计划，就是要在2020年的东京奥运会上，选手村与比赛场地的所有来往车辆，均使用全自动驾驶汽车。同时也能够保证在东京，至少有5000辆全自动驾驶出租车行驶。
东京街头运营中的全自动驾驶出租车
在群马县地方小城投入实验性使用的全自动驾驶巴士
日本内阁府称，如果日本版GPS定位系统的误差能够达到几厘米的话，日本的全自动驾驶可以进入到“四级”的水准，而“四级”水准在国际上被认为是“完全自动化”水准。
在日本版GPS定位系统启用的当天，三菱电机公司开始出售定位误差在6厘米以内的高精度信号接收器。目前的价格虽然高达一百万日元（6万元人民币），但是，车载GPS定位仪的最终价格，将会降到数万日元（数千元人民币）。
日本卫星测位利用推进中心预测，到2025年，仅在日本国内，将会催生2万4000亿日元（约1500亿元人民币）的“GPS市场”，单车载定位系统服务市场的规模就会达到4000亿日元（约250亿元人民币）。而日本版GPS定位系统也将覆盖东南亚和澳大利亚、新西兰地区，在这些地区的经济效益也会达到2万3000亿日元（约1437亿元人民币）。
虽然美国开发了GPS定位系统、欧洲也开发了“伽利略”定位系统，中国也独自构建“北斗” 定位系统，但是美国GPS和中国“北斗”的民用定位误差依然在10米左右，而日本版的GPS 系统的定位误差已经缩小到了6厘米以内，成为世界最高精度的定位系统。同时，且日本的全自动驾驶汽车、农机的制造技术也是引领世界，AI系统开发与使用也走在世界前列，因此，日本政府预估，日本将会成为世界上第一个跨入全自动驾驶时代的国家。
那日本的导航系统真得这么厉害吗？
先上结论：日本的导航系统最近几年确实进展挺快，但是跟四大卫星导航系统依然不在一个层面。全球依然只有这四大卫星导航系统是全球覆盖的独立导航定位系统。
所以肯定不能说，日本技术已经全面超越了美国、中国、俄罗斯和欧盟。
我们来解释一下日本版GPS，日本版GPS到底是什么？它的建设历程是怎样？它到底有什么用？
一问：日本版GPS到底是什么？
日本版GPS，叫做“准天顶系统”，简称QZSS。
一句话来说，这是一个GPS的补充和增强系统，需要与GPS进行紧耦合，不能与GNSS（Global Navigation Satellite System全球导航卫星系统）俱乐部中的四大VIP系统并列比较。
GPS、GALILEO、GLONASS和北斗系统，之所以能够被并称为四大卫星导航定位系统，是因为这四个卫星导航定位系统都是能够覆盖全球的，并且彼此之间相互独立。而 QZSS并不是这样的系统，它不能全球覆盖，而且它和GPS之间是深度耦合的。
1. “全球覆盖”是指在全球任何地方都能收到相应的卫星导航的信号，并且进行独立定位；而QZSS系统主要是覆盖日本国土和周边亚太范围，在其他地方都收不到QZSS系统的信号。
2. QZSS系统并不是一个独立定位的系统，它和GPS系统是紧密结合的。QZSS系统的定位就是能够增强和辅助GPS系统进行更好的定位。QZSS系统现阶段由1颗GEO和3颗IGSO卫星组成。地面站由2个主控制站、7个卫星控制站和30多个监测站组成。
简单地说，没有GPS，QZSS就没法用。这点和北斗系统是完全比不了的，北斗系统建设伊始的基本原则就是独立，不依赖于所有的其他系统，能够实现独立的提供导航定位服务。北斗系统从北斗一号到北斗二号，从有源定位到无源定位；从北斗二号到北斗三号，从区域覆盖到全球覆盖，都坚持着独立自主的原则。北斗系统从北斗一号到北斗二号，从有源定位到无源定位；从北斗二号到北斗三号，从区域覆盖到全球覆盖，都坚持着独立自主的原则。北斗系统从北斗一号到北斗二号，从有源定位到无源定位；从北斗二号到北斗三号，从区域覆盖到全球覆盖，都坚持着独立自主的原则。北斗系统从北斗一号到北斗二号，从有源定位到无源定位；从北斗二号到北斗三号，从区域覆盖到全球覆盖，都坚持着独立自主的原则。
二问：日本版GPS建设历程是怎样？
日本并不是刚开始建设自己的卫星导航定位系统，QZSS系统从2002年开始建设，最近两年的建设速度非常快，当然这是因为他们站在了GPS的肩膀上。
那为什么北斗要建成一套独立的系统，不能建设成为GPS系统的增强备份系统呢？其实，卫星导航定位系统提供了非常精准的时空信息，在军用和关系国计民生的民用领域都有很广泛的应用，是一把守护国门的金钥匙，我们也经常说，自己家的这把金钥匙，当然要握在自己人的手中。
三问：日本版GPS有什么用?
QZSS的主要功能是增强GPS系统，那么他到底是怎么增强GPS系统的呢？这里的增强分为两大类，一类是信息增强，一类是信号增强。
信息增强是指修正GPS的误差，提高定位精度。通过差分码相位定位提供亚米级增强服务SLAS，该系统在国内水平方向定位误差1.0m（95%），垂直方向误差2.0 m（95%）；通过载波相位定位、PPP-RTK可以提供厘米级增强服务的CLAS，该系统在国内水平方向定位误差6.0cm（95%），垂直方向误差12.0c m（95%）。
用金庸先生的武侠来做比喻，信息增强相当于王语嫣姑娘在旁边观战，告诉你哪儿出的招式不对了，来提高你攻击的有效性，然而我们都知道，王姑娘不会武功，并不能加入你们的阵营和你们一起打别人。
信号增强指通过增加发射导航信号的卫星，增加可用的卫星数，提高导航定位的可用性。也就是说QZSS的卫星也发射导航定位信号，GPS补充服务，提高了定位可用性；GNSS增强服务，提高了定位精度和可靠性。
信号增强相当于本来是桃花仙一个人在跟敌人打架，过会儿桃根仙来了，两人一起打别人，再过会儿桃谷六仙都到齐了，大家一起打别人，这个攻击力的提升度那自然不言而喻。
QZSS覆盖范围图
说完这些，针对大家的关切，我们再多说几句。
追问一：日本真的建了一套新的GPS系统吗？
没有，QZSS系统是GPS系统的增强系统，依赖GPS系统存在，就像是橡树与凌霄花、犀牛和犀牛鸟，白蚁和鞭毛虫一样，是不能独立定位存在的，当然也谈不上QZSS系统超越了GPS系统，毕竟不可同日而语。
追问二：日本人版GPS精度能到10cm以下，我们呢？
其实我们早就说过，离开条件只说精度都是耍流氓，北斗系统在增强精度的情况下也能做到米级、厘米级甚至是毫米级，然而这是有限定条件的，通过载波相位定位、PPP-RTK可以提供厘米级增强服务，而通过这种方式其他的系统也可以把精度提升到这么高。这并不是QZSS系统所特有的，这是由GNSS系统自身的特点所决定的，所有的GNSS系统都是一样的。
追问三：日本版GPS真的能够找到钥匙孔吗？
我理解这是一个对精度的比喻。你说要真的找到钥匙孔，sorry，先研究一下怎么把芯片、电池、天线都装在钥匙孔上好吗？哦对了，提醒一下，安装的时候记得要把钥匙孔上的天线伸出房顶不然被挡住了也没有信号的哦。
追问四：建成这套系统标志着日本即将抢先进入自动驾驶时代吗？
并不会，基于GNSS的导航定位系统确实能够为自动驾驶提供支撑技术，但是并不是自动驾驶中的核心制约因素，自动驾驶一个综合性的技术应用，除了GNSS技术，视觉技术、激光雷达技术、高精度地图技术都相当重要，事实上对于GNSS定位来讲，自动驾驶对于完好性和可靠性需求远高于精度，并不需要GNSS定位精度达到厘米级才能实现自动驾驶，二者之间没有任何的必然联系。
追问五：我国也有类似于QZSS的增强系统吗？
当然，我国有地基增强系统，天基增强系统也正在建设中，比如在同一天，也是11月1号，北斗系统发射了一颗GEO卫星，也就是第41颗北斗导航卫星，这颗卫星就提供星基增强服务（SBAS），将按照国际民航标准，提供高精度导航服务。当然这里的增强系统主要指天基信息增强系统，毕竟北斗系统就是可以独立发射信号的定位系统，不需要对GPS做信号增强，但是北斗和GPS的信号也是可以兼容互操作的，也就是说用户可以既接收北斗的信号也接收GPS的信号进行联合导航定位。
作为我们一衣带水的邻国，QZSS做的不错，尤其是近两年发展很快，比如星基信息增强技术，我们也应该学习他们的优点，但他的定位和发展战略与北斗系统并不相同，并不能说超越GPS和北斗系统。
同时，北斗系统已经建成基本系统，可以覆盖一带一路地区，将在2020年左右覆盖全球，同时还会实现星基增强，提供高精度服务。
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