日本版GPS號稱碾壓其他導航系統？其實都不能算是獨立系統

出品：科普中國

製作：中國科學院光電研究院 徐穎

監製：中國科學院電腦網絡資訊中心

今天，北斗系統完成了今年最後兩顆衛星的發射，服務區域已經可以覆蓋“一帶一路”沿線及周邊國家。

在這個喜悅的日子裡，我們想說說十一月初的一條新聞：11月1號，日本宣布QZSS投入使用，號稱碾壓其他所有導航系統。

（圖片來源微信公眾號“靜說日本”）

新聞原文如下：

據悉，承擔日本版全球定位系統(GPS)任務的“引路”人造衛星11月1日起正式啟用，可提供精度達10厘米以下的全球最高水準定位資訊。使用日本版GPS，有望用於汽車自動駕駛和基礎設施檢修等，預計到2025年將創造近5兆日元的新服務。

新聞發布後，可謂一石激起千層浪，大家都在互相詢問QZSS是幹啥的。畢竟新聞裡看起來這個系統特！別！厲！害！

大家的焦灼和熱情感受一下：

（圖片來源：作者微信截圖）

畢竟，在導航領域我們從來都只知道四大衛星導航定位系統，它們宛如武林中萬人敬仰的東邪西毒南帝北丐。現在，突然冒出來一個號稱碾壓其他GPS的日本版GPS，大家心中的訝異宛如見到了傳說中的少林掃地僧一般。

那日本的導航系統真得這麽厲害嗎？

先上結論：日本的導航系統最近幾年確實進展挺快，但是跟四大衛星導航系統依然不在一個層面。全球依然只有這四大衛星導航系統是全球覆蓋的獨立導航定位系統。可以理解為四大衛星導航系統是四個打井工人，它們分別打出了各具特色的四口井。而日本版GPS相當於是一個美化工人，它在井口修了個漂亮的井沿。

所以肯定不能說，日本人的打井技術已經全面超越了美國、中國、俄羅斯和歐盟。

我為什麽會這麽說？下面上證據

人生最重要的哲學三問是我是誰，我從何處來，往何處去。

（圖片來源：微博）

我們也按照這個邏輯來解釋一下日本版GPS，日本版GPS到底是什麽？它的建設歷程是怎樣？它到底有什麽用？

一問：日本版GPS到底是什麽？

日本版GPS，叫做“準天頂系統”，簡稱QZSS。

一句話來說，這是一個GPS的補充和增強系統，需要與GPS進行緊耦合，不能與GNSS（Global Navigation Satellite System全球導航衛星系統）俱樂部中的四大VIP系統並列比較。

GPS、GALILEO、GLONASS和北斗系統，之所以能夠被並稱為四大衛星導航定位系統，是因為這四個衛星導航定位系統都是能夠覆蓋全球的，並且彼此之間相互獨立。而 QZSS並不是這樣的系統，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星導航的信號，並且進行獨立定位；而QZSS系統主要是覆蓋日本國土和周邊亞太範圍，在其他地方都收不到QZSS系統的信號。

2. 現階段的QZSS系統並不是一個獨立定位的系統，它和GPS系統是緊密結合的。QZSS系統的定位就是能夠增強和輔助GPS系統進行更好的定位。QZSS系統現階段由1顆GEO和3顆IGSO衛星組成。

簡單地說，沒有GPS，現階段的QZSS就沒法用。

這點和北斗系統是完全比不了的，北斗系統建設伊始的基本原則就是獨立，不依賴於所有的其他系統，能夠實現獨立的提供導航定位服務。北斗系統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，從區域覆蓋到全球覆蓋，都堅持著獨立自主的原則。

（圖片來源：網絡，經過加工）

二問：日本版GPS建設歷程是怎樣？

日本並不是剛開始建設自己的衛星導航定位系統，QZSS系統從2002年開始建設，最近兩年的建設速度非常快，當然這是因為他們站在了GPS的肩膀上。

那為什麽北斗要建成一套獨立的系統，不能建設成為GPS系統的增強備份系統呢？其實，衛星導航定位系統提供了非常精準的時空資訊，在軍用和關係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有什麽用？

QZSS的主要功能是增強GPS系統，那麽他到底是怎麽增強GPS系統的呢？這裡的增強分為兩大類，一類是資訊增強，一類是信號增強。

資訊增強是指修正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，該系統在國內水準方向定位誤差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，該系統在國內水準方向定位誤差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，資訊增強相當於王語嫣姑娘在旁邊觀戰，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，並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射導航信號的衛星，增加可用的衛星數，提高導航定位的可用性。也就是說QZSS的衛星也發射導航定位信號，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。

信號增強相當於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覆蓋範圍圖（圖片來源：ICG會議日本QZSS系統報告）

說完這些，針對大家的關切，我們再多說幾句。

追問一：日本真的建了一套新的GPS系統嗎？

沒有，QZSS系統現階段是GPS系統的增強系統，依賴GPS系統存在，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系統超越了GPS系統，畢竟不可同日而語；未來也很難發展成為全球覆蓋的定位系統，不可能發展成第五大衛星導航定位系統。

追問二：日本版GPS精度能到10cm以下，我們呢？

其實所有離開條件隻說精度都是耍流氓，北斗系統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也可以把精度提升到這麽高。這並不是QZSS系統所特有的，這是由GNSS系統自身的特點所決定的，所有的GNSS系統都是一樣的。

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，先研究一下怎麽把芯片、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：建成這套系統標誌著日本即將搶先進入自動駕駛時代嗎？

並不會，基於GNSS的導航定位系統確實能夠為自動駕駛提供支撐技術，但是並不是自動駕駛中的核心製約因素，自動駕駛一個綜合性的技術應用，除了GNSS技術，視覺技術、雷射雷達技術、高精度地圖技術都相當重要，事實上對於GNSS定位來講，自動駕駛對於完好性和可靠性需求遠高於精度，並不需要GNSS定位精度達到厘米級才能實現自動駕駛，二者之間沒有任何的必然聯繫。

追問五：我國也有類似於QZSS的增強系統嗎？

當然，我國有地基增強系統，天基增強系統也正在建設中，比如在同一天，也是11月1號，北斗系統發射了一顆GEO衛星，也就是第41顆北斗導航衛星，這顆衛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。當然這裡的增強系統主要指天基資訊增強系統，畢竟北斗系統就是可以獨立發射信號的定位系統，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，尤其是近兩年發展很快，比如星基資訊增強技術，我們也應該學習他們的優點，但他的定位和發展戰略與北斗系統並不相同，並不能說超越GPS和北斗系統。

同時，北斗系統今天發射的兩顆衛星，標誌著北斗已經建成北斗三號的基本系統，可以覆蓋一帶一路地區；2020年左右，北斗系統將覆蓋全球，同時還會帶來高精度服務、搜救服務、大容量短報文服務等一系列特色新服務，還請大家繼續關注哦~

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（文中圖片已注明來源，侵刪）