超強！誤差僅3公分，日本要在五年內靠GPS稱霸世界

本文由日經BP社提供

基於準天頂衛星系統的「日本版GPS」開始走向實用化。日本計劃2018年度之前發射四顆衛星，並全面投入運行。該系統的定位誤差僅為數cm，為汽車及農業機械等的自動駕駛開闢了道路。

日本自主開發的定位衛星——準天頂衛星系統與美國運營的GPS（全球定位系統）組合使用後，定位精度比單獨使用GPS時更高。這種系統被稱為「日本版GPS」，該系統不僅可提供比原來更為準確的位置資訊服務，還有望成為實現汽車及農業機械等自動駕駛的核心技術之一。

2010年9月，首顆準天頂衛星「引路號」發射升空，率先開始了由一顆衛星進行定位的試驗性使用。日本政府打算在2018年之內啟動24小時不間斷的正式使用。目前已有軟銀移動、富士通等來自交通、農業、防災及通信等多種行業約200家企業和團體加盟QBIC

今後，以海外推廣及標準化等為宗旨的四個工作組，將致力於使用日本版GPS的服務及設備的實用化與普及工作

從「天頂」輔助GPS

準天頂衛星是指，在與位於赤道上方的地球靜止軌道有一定夾角的「準天頂軌道」上運行、一天中有幾個小時停留在特定地區上空的人造衛星。從日本本土來看，該衛星系統中始終有一顆衛星停留在天頂附近，所以被命名為「準天頂」衛星系統。投影到地面上，該衛星系統的軌跡是亞洲和太平洋上的不對稱的8字形，這也就是該衛星系統的覆蓋區域。可將該系統的信號與由美國運營、圍繞地球運行的約30顆GPS衛星的定位信號同時使用。

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

要準確定位，必須同時從四顆以上的衛星接收定位信號。但在有的位置或某個時間段，只有很少的衛星可以利用，而且也常常會受到高層建築的反射波影響，導致定位誤差增大。

而準天頂衛星幾乎位於地面使用者正上空的位置，因此衛星發送的定位信號不易被高層建築及大山等阻擋。

日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）宣傳部長寺田弘慈強調，「在日本任何地方都能輕鬆收到的『引路號』定位信號，可以補全GPS信號，在高樓大廈較多的城市及山區也能實現準確度較高的定位。」

無人農業機械可以完成精密的農田作業

組合使用GPS和準天頂衛星的定位信號，可使定位誤差減小至數cm左右。為了完全利用其出色的定位性能，日本業界已開始開發相關服務及使用方法。（編按：由日本衛星定位利用推進中心（SPAC）和三菱電機等實施的LEX信號實驗證實，可透過約3cm的精度捕捉到以20km時速行駛的汽車軌跡。）

利用GPS和引路號的定位信號，由無人駕駛的拖拉機及聯合收割機完成耕地、播種和撒農藥等作業。這樣的實證試驗已開始在北海道士別市和芽室町的農場實施。

士別市已於2013年5月成功使用無人農業機械耕作了約6.8公頃的大面積水田，計劃9月份使用無人農業機械完成收穫作業。芽室町是使用無人農業機械在約一公頃大的農田中種植大豆，完成了從整地到播種的一整套作業。此外還在7月中旬開始了使用無人農業機械撒農藥的試驗。

北海道大學研究所農學研究院教授野口伸對上述試驗充滿信心，他表示，「透過使用GPS和準天頂衛星的定位信號，可以實現準確的田間作業所必需的穩定定位及高精度。無人農業機械也能安全地完成精密的作業」。該大學的目標是2015年在實用化方面取得眉目。

誤差還不到GPS的五分之一

城市地區也在進行這方面的實際驗證。比如，已在高樓林立的東京新宿證實，組合使用引路號時的可定位時間和場所增加到了單獨使用GPS時的約2.5倍。

而定位誤差方面，也已證實使用個人用小型接收器時，誤差為2m左右，可減小至單獨使用GPS時的五分之一。而使用工業用大型接收器時，誤差可降至數cm水準。

今後日本將陸續發射準天頂衛星，使其數量不斷增加。2011年9月，日本政府內閣會議做出決定，在2020年之前再發射三顆衛星，建成由四顆衛星組成的系統。

在這一決定下，「準天頂衛星被定位為國家建設的重要基礎設施，成為日本宇宙政策中的優先項目」。具體計劃為，在2017年3月之前發射2號衛星，2017年5月之前發射3號衛星，2017年7月之前發射4號衛星。從2018年度開始全面啟用由四顆衛星構成的系統。

2012年度以後五年內，日本的人造衛星開發等預算為503億日圓。三菱電機已獲得衛星製造訂單，地面管制系統的構建和管理由NEC等出資的特殊目的公司「準天頂衛星系統服務公司」負責。發射四顆衛星是為了實現24小時不間斷的定位。準天頂系統中，一顆衛星每天覆蓋日本上空的時間只有約8小時。因此，要實現24小時不間斷使用，軌道上最少要有三顆衛星。

除了這三顆衛星之外，還需要準備一顆發生故障時的備用衛星。因此，總共需要四顆衛星。「並計劃在四顆衛星中設置一顆靜止衛星」。

據了解，儘管時間尚未確定，但建構四星體制之後，日本還計劃再增加三顆衛星，使準天頂衛星達到七顆。這樣的話，即便不與美國的GPS並用、只使用日本的準天頂衛星系統，也可實現高精度單獨定位。

由於該系統的衛星軌道覆蓋亞太地區，因此，日本政府還打算在海外推廣使用該衛星的定位服務，並出口相關基礎設施等。日本政府推算，在北海道大學等正在進行實證試驗的IT（資訊技術）農業、便攜終端及汽車等領域，在2020年，準天頂衛星在亞太地區可帶來約4兆日圓的經濟效應。

看好這一潛在市場的國家不僅是日本。俄羅斯、中國、歐盟（EU）及印度也開始構建自己的定位衛星，目的是讓其他國家和地區使用自己的衛星，從而在該領域佔據霸主地位。因為衛星與軍事力量密切相關，各國都下了大力氣。

日本要在這種形勢下獲勝，不僅基礎設施方面要在目標時間——2018年度之前建立起全面運行體制，還要普及使用日本版GPS的車載導航儀等設備，並開發出將衛星系統應用到自動駕駛等領域的技術。

日本要在以前依賴美國的定位系統領域，使自己開發的技術廣泛滲透到亞太地區，需要政府與企業進行緊密合作。（記者：宗像 誠之，《日經商務週刊》）