【精準天頂星座查詢器】如何評價日本版的 GPS「準天頂衛星系統(QZSS)」?

2020-06-04 - 星座查詢

日本的準天頂衛星導航系統QZSS第一階段包括3顆傾斜同步軌道衛星和1顆地球同步軌道衛星,目前已經完成4顆衛星的部署。第一顆技術試驗衛星“指路者Michibiki”于2010年9月11日發射,剩下3顆QZS-2、QZS-3、QZS-4分別于2017年6月1日、2017年8月19日、2017年10月10日發射,其中QZS-3是地球同步軌道衛星,其余3顆是傾斜同步軌道衛星。 QZSS系統的軌道設計保證了其服務地區覆蓋東亞及大洋洲,在2010年其第一顆衛星Michibiki發射后,各地區對這顆衛星的可見時間如下面的圖左邊所示,能夠給日本領土內用戶一天提供12小時以上的服務。

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在4顆衛星階段,能夠保證有1顆衛星始終以較高的仰角位于日本上空,同時,在其系統覆蓋的東亞及大洋洲范圍內,一天24小時內都能可見4顆衛星。也就是說,2017年發射的3顆衛星正式加入服務后,QZSS系統能夠全天候對上述地區提供服務。 QZSS系統的地面控制、跟蹤、監測站主要位于日本境內、班加羅爾、曼谷、堪培拉、夏威夷、關島等地,遍及其服務覆蓋區域。 QZSS系統共發射6路服務信號:L1 C/A、L1C、L2C、L5、L1 SAIF、LEX,可以看到,其發射的信號頻率和形狀與GPS和Galileo是類似的。 QZSS系統功能概括起來主要有3大類:GPS系統補充、GPS系統精度增強、告警服務。

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1、GPS系統補充 由于日本的多山環境和城市街道較狹隘,部分仰角較低的GPS衛星信號容易被山和建筑物遮擋,影響用戶接收。我們知道,用戶要實現導航、定位、授時,至少要接收到4顆衛星的信號。QZSS衛星的加入相當于保證了至少有一顆衛星對用戶來說是絕對可用的,那么只需要再有3顆GPS衛星就可以實現定位了。也就是說,如果原先一個街道只能收到3顆GPS衛星的信號,不能實現定位,但是現在有QZSS的幫助,也可以實現了。 下面的圖是在第一顆QZSS衛星發射后,東京地區某街道某時刻使用衛星定位的可用性,綠色是僅僅依靠GPS系統能定位的地方,藍色是依靠GPS QZSS后能定位的地方。整個區域,在加入一顆QZSS衛星后,定位可用時間從39.

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5%提升到了69.1%。其實,對于整個QZSS系統建成后,日本領土內對GPS的可用性能夠從90%提升到GPS QZSS的99.8%。 由于是為了補充GPS系統,類似于把GPS星座衛星數量增加幾顆,所以QZSS衛星發射的信號跟GPS是一樣的,L1 C/A、L1C、L2C、L5信號跟GPS衛星信號是完全兼容的。 2、GPS系統精度增強 QZSS的L1 SAIF服務是Submeter-class Augmentation with Integrity Function的意思,也就是能夠提供米級別的定位精度增強服務。與美國的廣域增強系統WAAS一樣,QZSS通過衛星播發一些衛星星歷、鐘差、電離層校正信息,使得日本境內用戶定位精度從只依靠GPS時的10米提升到1米左右。

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除米級定位精度的提升服務外,QZSS還在1278.75MHz這個頻點播發L-band Experiment信號,即LEX信號。該信號速率達到2000bps,而GPS信號的信息速率是50bps,L1 SAIF信號的信息速率是250bps,LEX信號能夠提供更多誤差校正信息,使得用戶的定位精度達到厘米級,可用于無人駕駛、測繪,精準農業等行業。 同時,LEX信號頻點和歐洲Galileo系統的E6頻點重合,也就是說,等到Galileo系統正式提供服務,QZSS也能實現Galileo系統的補充。 3、告警服務 QZSS在L1 SAIF信號上還將提供信息服務,由于日本地震海嘯頻發,在災害發生時,通過QZSS衛星廣播預警信息,讓民眾注意。 除此之外,L1 SAIF信號還提供GPS等衛星健康狀況信息,在GPS衛星出現異常后及時通知用戶不要使用該異常衛星,以免得到錯誤的定位結果。

現階段,QZSS已經具備4顆衛星,只要這4顆衛星運行正常,僅靠QZSS系統也能提供定位服務。日本計劃未來再發射3顆傾斜同步軌道衛星,使QZSS系統具備7顆衛星,在日本上空,將始終有2顆衛星保持高仰角。到那時,日本QZSS可以說是一個完善的區域衛星導航系統了,跟現在中國的北斗二代類似,只不過衛星沒北斗二代多。 可能有一點大家會有所忽略,目前中國北斗BDS和歐洲Galileo都計劃在2020年提供全球服務。而且,由于北斗BDS在中國上空始終保持5顆地球同步軌道衛星和3顆傾斜地球同步軌道衛星,再加上日本QZSS和印度IRNSS,2020年,亞太區域將是對導航衛星可見數量最優越的區域,峰值將達到35顆。

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