日本版GPS：自動(dòng)駕駛可以依賴的指揮塔

　　基于準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)的”日本版GPS”開始走向?qū)嵱没?。日本?jì)劃2018年度之前發(fā)射四顆衛(wèi)星，并全面投入運(yùn)行。該系統(tǒng)的定位誤差僅為數(shù)厘米，為汽車及農(nóng)業(yè)機(jī)械等的自動(dòng)駕駛開辟了道路。

　　”要在日本及亞洲其他地區(qū)推廣，強(qiáng)大的國際競爭力十分重要。希望相關(guān)產(chǎn)業(yè)能夠不斷推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新?！?/p>

　　7月26日，旨在運(yùn)用準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)的日本產(chǎn)學(xué)合作組織”高精度衛(wèi)星定位服務(wù)應(yīng)用促進(jìn)協(xié)議會(huì)(QBIC)”成立。成立大會(huì)上，東芝會(huì)長兼QBIC會(huì)長西田厚聰向到會(huì)的企業(yè)人士發(fā)出了這樣的呼吁。

　　日本自主開發(fā)的定位衛(wèi)星————準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)與美國運(yùn)營的GPS(全球定位系統(tǒng))組合使用后，定位精度比單獨(dú)使用GPS時(shí)更高。這種系統(tǒng)被稱為”日本版GPS”，該系統(tǒng)不僅可提供比原來更為準(zhǔn)確的位置信息服務(wù)，還有望成為實(shí)現(xiàn)汽車及農(nóng)業(yè)機(jī)械等自動(dòng)駕駛的核心技術(shù)之一。

　　2010年9月，首顆準(zhǔn)天頂衛(wèi)星”引路號(hào)”發(fā)射升空，率先開始了由一顆衛(wèi)星進(jìn)行定位的試驗(yàn)性使用。日本政府打算在2018年之內(nèi)啟動(dòng)24小時(shí)不間斷的正式使用。

　　目前已有軟銀移動(dòng)、富士通等來自交通、農(nóng)業(yè)、防災(zāi)及通信等多種行業(yè)約200家企業(yè)和團(tuán)體加盟QBIC。

　　今后，以海外推廣及標(biāo)準(zhǔn)化等為宗旨的四個(gè)工作組將致力于使用日本版GPS的服務(wù)及設(shè)備的實(shí)用化與普及工作。

　　從”天頂”輔助GPS

　　準(zhǔn)天頂衛(wèi)星是指，在與位于赤道上方的地球靜止軌道有一定夾角的”準(zhǔn)天頂軌道”上運(yùn)行、一天中有幾個(gè)小時(shí)停留在特定地區(qū)上空的人造衛(wèi)星。從日本本土來看，該衛(wèi)星系統(tǒng)中始終有一顆衛(wèi)星停留在天頂附近，所以被命名為”準(zhǔn)天頂”衛(wèi)星系統(tǒng)。投影到地面上，該衛(wèi)星系統(tǒng)的軌跡是亞洲和太平洋上的不對(duì)稱的8字形，這也就是該衛(wèi)星系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域?？蓪⒃撓到y(tǒng)的信號(hào)與由美國運(yùn)營、圍繞地球運(yùn)行的約30顆GPS衛(wèi)星的定位信號(hào)同時(shí)使用。

　　目前廣泛使用的GPS的問題是，GPS衛(wèi)星與地面的仰角為30～50度，因此，在很多情況下，其發(fā)出的定位信號(hào)會(huì)因高樓及大山等障礙物的遮擋而無法接收到。

　　要準(zhǔn)確定位，必須同時(shí)從四顆以上的衛(wèi)星接收定位信號(hào)。但在有的位置或某個(gè)時(shí)間段，只有很少的衛(wèi)星可以利用，而且也常常會(huì)受到高層建筑的反射波影響，導(dǎo)致定位誤差增大。

　　而準(zhǔn)天頂衛(wèi)星幾乎位于地面使用者正上空的位置，因此衛(wèi)星發(fā)送的定位信號(hào)不易被高層建筑及大山等阻擋。

　　日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)宣傳部長寺田弘慈強(qiáng)調(diào)，”在日本任何地方都能輕松收到的‘引路號(hào)’定位信號(hào)，可以補(bǔ)全GPS信號(hào)，在高樓大廈較多的城市及山區(qū)也能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度較高的定位?！?/p>

　　無人農(nóng)業(yè)機(jī)械可以完成精密的農(nóng)田作業(yè)

　　組合使用GPS和準(zhǔn)天頂衛(wèi)星的定位信號(hào)，可使定位誤差減小至數(shù)cm左右。為了完全利用其出色的定位性能，日本業(yè)界已開始開發(fā)相關(guān)服務(wù)及使用方法。

　　利用GPS和引路號(hào)的定位信號(hào)，由無人駕駛的拖拉機(jī)及聯(lián)合收割機(jī)完成耕地、播種和撒農(nóng)藥等作業(yè)。這樣的實(shí)證試驗(yàn)已開始在北海道士別市和芽室町的農(nóng)場實(shí)施。無人農(nóng)業(yè)機(jī)械由北海道大學(xué)和洋馬聯(lián)合開發(fā)。

　　士別市已于2013年5月成功使用無人農(nóng)業(yè)機(jī)械耕作了約6.8公頃的大面積水田，計(jì)劃9月份使用無人農(nóng)業(yè)機(jī)械完成收獲作業(yè)。

　　芽室町是使用無人農(nóng)業(yè)機(jī)械在約一公頃大的農(nóng)田中種植大豆，完成了從整地到播種的一整套作業(yè)。此外還在7月中旬開始了使用無人農(nóng)業(yè)機(jī)械撒農(nóng)藥的試驗(yàn)。2013～2014年將在士別市和芽室町兩個(gè)地方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

　　北海道大學(xué)研究生院農(nóng)學(xué)研究院教授野口伸對(duì)上述試驗(yàn)充滿信心，他表示，”通過使用GPS和準(zhǔn)天頂衛(wèi)星的定位信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的田間作業(yè)所必需的穩(wěn)定定位及高精度。無人農(nóng)業(yè)機(jī)械也能安全地完成精密的作業(yè)”。該大學(xué)的目標(biāo)是2015年在實(shí)用化方面取得眉目。

　　誤差還不到GPS的五分之一

　　城市地區(qū)也在進(jìn)行這方面的實(shí)際驗(yàn)證。比如，已在高樓林立的東京新宿證實(shí)，組合使用引路號(hào)時(shí)的可定位時(shí)間和場所增加到了單獨(dú)使用GPS時(shí)的約2.5倍。

　　而定位誤差方面，也已證實(shí)使用個(gè)人用小型接收器時(shí)，誤差為2m左右，可減小至單獨(dú)使用GPS時(shí)的五分之一。而使用工業(yè)用大型接收器時(shí)，誤差可降至數(shù)cm水平。

　　今后日本將陸續(xù)發(fā)射準(zhǔn)天頂衛(wèi)星，使其數(shù)量不斷增加。2011年9月，日本政府內(nèi)閣會(huì)議做出決定，在2020年之前再發(fā)射三顆衛(wèi)星，建成由四顆衛(wèi)星組成的系統(tǒng)。

　　在這一決定下，”準(zhǔn)天頂衛(wèi)星被定位為國家建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，成為日本宇宙政策中的優(yōu)先項(xiàng)目”(日本內(nèi)閣府宇宙戰(zhàn)略室參事官野村榮悟)。具體計(jì)劃為，在2017年3月之前發(fā)射2號(hào)衛(wèi)星，2017年5月之前發(fā)射3號(hào)衛(wèi)星，2017年7月之前發(fā)射4號(hào)衛(wèi)星。從2018年度開始全面啟用由四顆衛(wèi)星構(gòu)成的系統(tǒng)。

　　2012年度以后五年內(nèi)，日本的人造衛(wèi)星開發(fā)等預(yù)算為503億日元。三菱電機(jī)已獲得衛(wèi)星制造訂單，地面管制系統(tǒng)的構(gòu)建和管理由NEC等出資的特殊目的公司”準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)公司”負(fù)責(zé)。發(fā)射四顆衛(wèi)星是為了實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷的定位。準(zhǔn)天頂系統(tǒng)中，一顆衛(wèi)星每天覆蓋日本上空的時(shí)間只有約8小時(shí)。因此，要實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷使用，軌道上最少要有三顆衛(wèi)星。

　　除了這三顆衛(wèi)星之外，還需要準(zhǔn)備一顆發(fā)生故障時(shí)的備用衛(wèi)星。因此，總共需要四顆衛(wèi)星?！庇?jì)劃在四顆衛(wèi)星中設(shè)置一顆靜止衛(wèi)星”(野村參事官)。

　　據(jù)介紹，盡管時(shí)間尚未確定，但構(gòu)建四星體制之后，日本還計(jì)劃再增加三顆衛(wèi)星，使準(zhǔn)天頂衛(wèi)星達(dá)到七顆。這樣的話，即便不與美國的GPS并用、只使用日本的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)，也可實(shí)現(xiàn)高精度單獨(dú)定位。

　　由于該系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道覆蓋亞太地區(qū)，因此，日本政府還打算在海外推廣使用該衛(wèi)星的定位服務(wù)，并出口相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施等。日本政府推算，在北海道大學(xué)等正在進(jìn)行實(shí)證試驗(yàn)的IT(信息技術(shù))農(nóng)業(yè)、便攜終端及汽車等領(lǐng)域，在2020年，準(zhǔn)天頂衛(wèi)星在亞太地區(qū)可帶來約4萬億日元的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

　　盯上這一潛在市場的國家不僅是日本。俄羅斯、中國、歐盟(EU)及印度也開始構(gòu)建自己的定位衛(wèi)星，目的是讓其他國家和地區(qū)使用自己的衛(wèi)星，從而在該領(lǐng)域占據(jù)霸主地位。因?yàn)樾l(wèi)星與軍事力量密切相關(guān)，各國都下了大力氣。

　　日本要在這種形勢(shì)下獲勝，不僅基礎(chǔ)設(shè)施方面要在目標(biāo)時(shí)間————2018年度之前建立起全面運(yùn)行體制，還要普及使用日本版GPS的車載導(dǎo)航儀等設(shè)備，并開發(fā)出將衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用到自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的技術(shù)。

　　日本要在以前依賴美國的定位系統(tǒng)領(lǐng)域，使自己開發(fā)的技術(shù)廣泛滲透到亞太地區(qū)，需要政府與企業(yè)進(jìn)行緊密合作。